Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
30.82 Mб
Скачать

Рис. 17. Сварные соединения балок двутаврового профиля между собой

Рис. 18, Соединения балок различных профилей

где расчетное напряжение на верхней кромке вертикального листа

II ft

/ 180.«.Л2

а0= 2100^

Т— hasa‘

/3 9 0 \ /1 0 0 .с_\2

(70)

(71)

(72)

(73)

где à — наименьшая из двух величин Л„ и а; р, — отношение большей стороны прямоугольника, образуемого сторонами а и 6В, к меньшей.

Коэффициент V зависит от эквивалентного напряжения

 

0.66

0,75

0.90

1.00

 

V

1.00

0.92

0,70

0,50

 

<h = у

}/"(• § - ° ) 2+

Зт* ^

[а]р.

 

(74)

Толщина ребер жесткости

s > 1 /1 2 6 и

ширина

+

мм.

Общую устойчивость сварных алюминиевых балок, работающих под дей­ ствием момента, проверяют по формуле

<*>

Коэффициент

где Yi Jy — главные моменты инерции сечения балки; I — длина балки или расстояния между закреплениями в горизонтальной плоскости ее сжатого пояса; h — высота балки; ф — коэффициент, определяемый по табл. 8 в зависимости от коэффициента

Значения

ф перед подстановкой в формулу (76) для изделий из сплава АМгб

умножают на

1,96.

При проверке устойчивости поступают следующим образом. Задаются отно­

шением

по формуле (77) находят а, по рис. 19, а — ф, a по формуле (76) — фв.

Если фв > 0,67, то вместо фв следует принимать коэффициенты ф' (рис. 19, б).

Согласно техническим условиям Канады разрешается проектировать сталь­ ные балки на основе расчета прочности с учетом пластических деформаций. Это допускается при применении сталей, у которых от ^ 0,8 ав, a также при отсут­ ствии воздействия ударных и значительных по величине переменных нагрузок. При этом нагрузка, определяемая по методу пластических деформаций, не должна превышать 0,6 Рраз.

Предельное усилие с учетом пластических деформаций при растяжении

Р р ас =

при изгибе

S

статический

момент половины площади поперечного сечения относительно

оси,

проходящей

через центр тяжести.

 

 

 

 

При наличии моментов М , и Mÿ должно соблюдаться условие

 

 

 

 

ЛЬ

М,

(79)

 

 

 

М„

1,

 

 

 

Af,пл у

 

где

М Пл* и М пл у равны соответственно 25лат и 2Syor.

 

 

 

Согласно нормам СССР по методу пластических деформаций допускаемая

несущая способность изгибаемой балки

определяется по соотношению

Мдоп —

=

25[о]р. Вводимая в расчет величина 25 не должна превышать 1,2 W; для про­

катных профилей двутавров и швеллеров (относительно оси симметрии) 25 =•

=1,2 W.

Рис. 19. Коэффициенты ф в функции а (д) и <р' и в функции

(б)

Пластические деформации учитывают также для определения расчетных усилий в статически неопределимых системах. В случае, если смежные пролеты неразрезанной балки равны или отличаются между собой не более, чем на 20%, расчетное значение М находят из условия выравнивания моментов на опоре и в пролете.

В неразрезанных балках со свободно опертыми концами расчетный момент равен максимальному из значений двух величин MJ(\ + и/l) и 0,5М2, где Мь и М2 — наибольшие изгибающие моменты в крайних и промежуточных пролетах, вычисленные, как для однопролетных балок с шарнирным опиран.ием на концах; и — расстояние от сечения, в котором действует момент Мх до крайней опоры;

/— длина крайнего пролета.

Воднопролетных и неразрезанных балках с защемленными концами УИросч =•

=0,5М, где М — наибольший из моментов, определенных, как для балки, сво­ бодно лежащей на двух опорах.

Вбалке, один конец которой защемлен, а другой свободен; расчет произво­ дят, как для крайнего пролета неразрезанной балки.

Согласно нормам СССР пластические деформации учитывают в конструк­ циях из сталей класса не выше С 60/45, работающих под статическими нагрузками

при следующих условиях. Отношение b/s не превышает

10

^

; Ь— ши­

рина свеса горизонтального листа. Отношение Лв/$„ при

наличии лишь верти­

кальных ребер жесткости должно

быть ^ 7 0 ^ / "

где

от — в

кгс/мм2.

Касательное напряжение Т

0,3*0,9от. Должна быть

обеспечена общая

устойчивость балки.

 

 

 

 

стойки

В сжатых элементах — стойках должны быть обеспечены прочность и устой­ чивость; их поперечные сечения должны обладать возможно большей жесткостью по всем направлениям. Поперечные сечения стоек из проката приведены на рис. 20.

Рис. 20. Поперечные сечения сжатых стоек

 

 

 

Сечения,

показанные

на

рис. 20, а, вд,

в—с, имеют главные центральные оси

материальные. Оси у сечений, представленных на рис. 20, б,

е\ж, к, свободные.

Особенно

целесообразны

закрытые трубчатые

сечения (рис. 20, в,

д, л, м% с).

Применяют

стойки

из гнутых

профи­

 

 

 

 

лей (рис. 20, н—р).

при

центральном

 

 

 

 

Сварные

стойки

 

 

 

 

сжатии рассчитывают

на

устойчивость

 

 

 

 

по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[crip ф.

 

(80)

 

 

 

 

где Р — продольная

 

сила

в

стойке;

 

 

 

 

F — площадь поперечного

 

сечения;

 

 

 

 

ф — коэффициент продольного изгиба.

 

 

 

 

Величина ф зависит от гибкости

 

 

 

 

сжатого

элемента А, =

у

и рода мате­

Рис.

21. Расчетные схемы

стоек

риала.

Радиус

инерции

 

сечения

 

 

 

 

• У т -

где

J — момент

инерции поперечного сечения

в стойке в направ­

лении наименьшей жесткости; F — ее площадь.

концам

(рис. 21, а),

Для

конструкции

стойки,

шарнирно

закрепленной по

свободную длину / принимают равной длине стойки h. При этом гибкость стойки

Для стоек, изображенных на рис, 21, б ив, гибкость А. соответственно равна 2h н 0 ^

10. Коэффициент ф для элементов из различных сталей

 

 

 

 

 

 

 

Сталь

 

 

 

к

1

 

 

 

 

 

 

 

г

С 44/29

С 46/33

С 52/40

С 60/45

С 70/60

С 85/75

 

С 38/23

0

1,000

1,000

1,000

1,000

1,000

1,000

1,000

10

0,988

0.987

0,986

0,985

0,984

0,983

0.982

20

0,970

0,968

0,965

0.962

0,956

0,953

0,950

30

0,943

0,935

0,932

0.927

0,916

0,909

0.903

40

0,905

0,892

0,888

0,878

0,866

0,852

0,838

60

0,867

0,843

0.837

0.823

0,810

0,790

0,760

60

0,820

0,792

0,780

0.764

0,740

0,700

0.660

70

0,770

0,730

0,710

0,682

0,650

0.610

0,558

60

0,715

0,660

0.637

0.604

0,570

0,518

0,432

90

0,655

0,592

0,563

0.523

0,482

0,412

0.343

100

0,582

0,515

0.482

0,437

0,396

0,336

0,288

110

0.512

0,440

0.413

0,370

0,325

0,273

0,230

120

0.448

0.383

0.350

0,273

0,270

0,230

0,192

130

0,397

0.330

0,302

0,264

0,232

0.196

0,164

140

0,348

0,285

0.256

0,228

0,198

0,168

0,142

150

0,305

0.250

0.226

0,198

0,173

0,148

0,123

160

0,270

0,220

0,200

0,176

0,153

0,130

0.108

170

0,240

0,195

0,178

0,166

0,137

0.116

0.096

180

0.216

0,175

0,160

0,139

0.122

0.102

0,086

190

0,196

0,158

0,142

0.126

0,108

0,092

0.077

200

0.175

0,142

0,129

0,112

0.098

0,082

0.069

210

0,160

0,130

0,118

0,102

0,089

0,075

0.063

220

0,146

0,119

0,108

0.093

0.081

0,068

0,057

Коэффициенты ф для стоек из сталей разных классов приведены в табл. 10. Устойчивость сжатых стоек проверяют также по преобразованной формуле

0 = ^ ^ |о]р-

(8,)

Произведение ^ф называют приведенной площадью сжатого элемента. Сечение сжатых стоек подбирают методом последовательного приближения.

В первом приближении коэффициент ф может быть принят равным 0,5— 0,8 в за­ висимости от вида конструкции. По заданному коэффициенту ф в первом прибли­ жении определяют требуемую площадь поперечного сечения стойки:

fTpe<s=iÆ ç '

(82)

После подбора сечения F в нем проверяют напряжения по формуле (81). Подбор осуществляют несколько раз. Допустимы отклонения о от [a]Dв пределах

± 5 % .

Стыки стоек по длине выполняют, как указано на рис. 22, а. Наиболее рас­ пространены стыковые соединения (рис. 22, б), реже места стыков перекрывают накладками (рис. 22, в) или стык выполняют с помощью прокладки (рис. 22, г).

Как правило, в стыковых соединениях напряжение а меньше, чем допускае­ мое по устойчивости напряжение [о]рф. В этом случае прочность стыкового соеди­ нения обеспечена.

Наибольшая высота стенки двутавровых, коробчатых профилей

Лв— j 40 ] / ^ 2^ - + V ] SB.

где v = 0,2 Я — для коробчатых и 0,4 К— для двутавровых профилей; R, кге/мм2. Свес b полок не должен превышать 15 s для стали С 38/23; 13 s для сталей

С 44/29 и С 46/33; 11 s для стали С 52/40; 10,5 s для стали С 60/45.

Для полок двутавровых балок из стали С 38/23 предельные значения bis ^ 16

при X = 50; ^

20,5 при X =

100; ^

23,5 при X =

125. Для стали С 52/40 b/s ^

^ 14 при X =

50; ^

18,5 при X =

100;

^

19,3 при X =

125.

 

 

 

 

1-----

/

 

i /

 

 

/ .

К

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

/

\ .

 

 

 

 

 

/

Д

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

ч

 

\

 

/

 

 

/ 7 ~

7

/

 

 

 

\

é

 

/

\

У

 

J___

ч

/

 

/

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LLLLha^

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т Т Т Т Т ^ У

 

 

 

а)

б)

 

 

в)

 

 

 

Рис. 22, Конструкция стыков стоек

 

 

 

Стенку сжатого элемента укрепляют ребрами

жесткости.

Последние реко­

мендуется ставить если

/I

__

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(83)

 

 

 

* " V R '

 

 

 

 

 

 

 

 

где h и s — соответственно высота и толщина листа; R »

0,9 от тс/см* — расчет­

ное сопротивление; расстояние между ребрами 2,5—3/t, но не менее двух ребер.

11. Предельные значения b/s Для полок

равнобоких уголков и гнутых

профилей

Материал

Гибкость

50

100

 

С 38/23, С 46/33

16

18

Более прочные стали

13

18

Рис. 23. Связи стоек с составными попе­ речными сечениями

Наибольшую ширину b полки равнобоких и гнутых уголков (см. рис. 20, з, и)

определяют по табл. И .

В стойках, имеющих составные поперечные сечения, ветви соединяют свя­ зями: наиболее часто планками (рис. 23, а), реже соединительными решетками (рис, 23, б),

В сжатых элементах с составными поперечными сечениями устойчивость относительно материальной оси (оси х для конструкции на рис. 23, а) проверяют, как и для элементов со сплошными поперечными сечениями. При проверке устой­ чивости стойки относительно свободной оси (оси у на рис. 23, а) коэффициент <р находят как функцию приведенной гибкости А0:

А о = V “h Лл •

(84)

Для определения А* сначала находят Ку при допущении, что осьпоперечного сечения у материальна. Гибкость Ai одной ветви при расстоянии между осями планок

* 1 = - ^ ,

(85)

Г \

 

где Tj — радиус инерции одной ветви сечения (одного

швеллера).

Планки рекомендуется расставлять таким образом,

чтобы гибкость А! ^ 40*

Наибольшую гибкость из А0 и А* принимают в качестве расчетной. Если ветви поперечного сечения стойки соединены решеткой, то приведенная гибкость отно­

сительно свободной оси при угле между раскосом и ветвью а> 45°

A , - ] A

î + 2 7 ^ ,

(86)

где F — площадь поперечного сечения

стержня;

Fp — площадь сечения раско­

сов соединительной решетки.

 

 

Для стойки, состоящей из четырех расставленных уголков,

Xe = / X

4 rM + X l,

(87)

где А — наибольшая гибкость всего стержня;Ai

и Аг — гибкости отдельных

ветвей.

 

 

При нагружении стойки силой, приложенной в центре конструкции из стали

С 38/23, условная поперечная сила

 

 

Q =20F,

(88)

где F — площадь поперечного сечения стойки, см2.

Формулу (88) используют при расчете конструкций из низкоуглеродистой

стали. При расчете конструкций

из сталей С 44/29 Q =

30 F, из сталей С 46/36

и С 52/40 Q = 40 F,

из сталей

С 60/45 Q = 50 /\

из

стали С 60/70 Q = 60 F.

В конструкции,

приведенной на рис, 24, о,

реальная поперечная сила

 

 

< ? = у .

 

 

(89)

Если реальная

поперечная

сила больше,

чем

условные, указанные выше

силы, то за расчетную величину принимают реальную силу.

Соединительные швы в стойках, имеющих сплошные сечения, конструируют, как правило, непрерывными и сваривают автоматами.

Касательные напряжения в соединительных швах конструкций рис, 24, б и в

____QS_

(90)

2Ур/С *

где Q — условная поперечная сила; J — момент инерции всего сечения (напри­ мер, для конструкции, изображенной на рнс. 24, б, в относительно оси у)\ К — катет шва; S — статический момент площади вертикального листа (см. рис. 24, б) или швеллера (см, рис, 24, в) относительно оси у%проходящей через центр тяжести сечения.

В конструкции, изображенной на рис. 24, г, касательные напряжения в про­ дольном шве

QS

 

 

(91)

т

 

 

2Js'

 

 

 

где 5 = F с; F — площадь полукольца; с — расстояние

от

центра

тяжести

полукольца до центра трубы.

К >

4 мм,

если наи­

Из технологических соображений следует принимать

меньшая толщина соединяемых элементов больше 4 мм.

 

 

 

Рис. 24. Поперечные сечения стоек с сое­

 

 

 

динительными швами, воспринимающими

 

 

 

поперечную силу Q

 

 

 

Рис. 25. Соединительные планки стоек

Планки между ветвями стойки целесообразно вваривать встык (рис. 25, а). При нахлесточном соединении планки (рис. 25, б) сваривают угловыми швами, С учетом требования жесткости ширина планки h должна быть > 0 ,5 b. Толщину

планки s выбирают из условия з^50; Ь0— расстояние между ветвями в свету.

Чтобы препятствовать скручиванию профиля, возможному из-за смещения одной ветви сечения относительно другой, ставят диафрагмы — на каждом эле­ менте не менее двух.

Планки рассчитывают в основном на изгиб от момента

4

(92)

 

Момент сопротивления планки

 

w _ £ *

(93)

6

Напряжения в планке, вызванные изгибающим моментом,

М, ,

0 = г ^ [о|р

Наименьшая требуемая высота поперечного сечения планки

л Г

Если планки со стойкой соединены встык (см. рис, 25, а), то прочность швов определяют из условия

а = ^ ^ [а''р-

(96>

В случае приварки планок угловыми швами напряжения в швах (см. рис. 25,6)

М

(97)

РКа (Л +/С )- p / w

Усилия в раскосе соединительной решетки (см. рис. 23, б)

 

 

1 /~0,9(УТ

 

 

,(100)

 

 

У

Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т п р и

MF

 

 

(101)

 

 

в - Ш

,

 

 

 

 

D

Q

 

 

 

(98)

где Q — поперечная

сила.

2 cos а *

 

 

 

Напряжения в швах, прикрепляющих раскосы,

 

 

 

 

 

D

[т'Ь

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

P/CL

 

 

 

 

где L — длина периметра

швов, прикрепляющих

раскос к

элементу

стойки.

При действии на стойку продольной силы N и момента М относительно оси х

устойчивость стойки проверяют в двух плоскостях.

проверяют

по соотношению

Устойчивость в

плоскости действия

момента

где N — продольная

сила,

приложенная

с эксцентриситетом

М

фвн при

внецентренном сжатии определяют по

табл. 12 в

зависимости от

условной

гибкости

 

 

 

 

 

 

 

и коэффициента

где А,= —— гибкость сжатого элемента; I — длина стойки; г = ■ Ÿ T - радиус

инерции; F — площадь поперечного сечения стойки; J — момент инерции относи­ тельно оси, перпендикулярной к плоскости изгиба;

т прив —

fj — коэффициент, зависящий от профиля поперечного сечения.

Для коробчатых и двутавровых профилей при Xстойки ^ 5 х\= (1,75 -*-0,13)71, если m = 0,1 -ь 5 и х\= (1,5 -5- 0,08) \ если m = 5 -f- 20; при X стойки > 5

*1 = М .

Для сплошностенчатых поперечных сечений двутавровых, коробчатых, тавровых и других балок величина m связана с эксцентриситетом е приложения силы N:

W

(102)

е = т ,

где W — момент сопротивления относительно оси, перпендикулярной к плос­ кости изгиба.

f t . Коэффициенты ф для проверяй устойчивости внецентренно сжатых (сжато-изогнутых) сплошноетенчатых стержней

в плоскости действия момента, совпадающей е плоскостью симметрии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициенты тприв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

ол

025

05

0.75

1,0 .

1,25

1,5

1.75

2,0

2,5

3.0

3.5

4.0

4.5

5,0

5.5

6.0

6.5

7.0

8.0

9.0

10.0 12.0 14,0 17,0 20.0

 

0.5

967

922

850

782

722

639

620

677

538

469

417

370.

337

307

280

260

237

222

210

183

164

150

125

ПО

090

072.

 

1.0

925

854

778

711

653

600

563

520

484

427

382

341

307

283

259

240

225

209

196

175

157

142

122

105

088

068

 

1.5

875

804

716

647

583

548

507

470

439

388

347

312

283

262

240

223

207

195

182

163

148

134

114

099

084

067

 

2.0

813

742

653

587

536

496

457

425

397

352

315

286

260

240

222

206

198

182

170

153

138

125

107

094

079

065

 

23

742

672

587

526

480

442

410

383

357

317

287

282

238

220

204

190

178

168

15S

144

130

118

101

089

075

063

 

3.0

667

597

520

465

425

395

365

342

320

287

260

238

217

202

187

175

16S

156

147

135

123

112

096

086

072

060

 

3.5

587

522

455

408

375

350

325

303

287

258

238

216

198

183

172

162

153

145

137

125

115

106

091

082

068

058

 

4,0

505

447

394

356

330

309

289

270

256

232

212

197

182

168

158

149

140

135

127

118

108

098

087

078

065

056

 

43

418

382

342

310

288

272

257

242

229

208

192

178

166

155

146

137

130

125

118

110

101

093

0S2

073

062

054

 

5,0

354

326

295

273

253

239

225

215

205

188

175

162

150

143

135

126

120

117

111

103

095

088

077

070

060

052

 

5.5

302

280

256

240

224

212

200

192

184

170

158

148

13S

132

124

117

112

108

104

095

089

084

073

067

057

050

 

6.0

258

244

223

210

198

190

178

172

166

153

145

137

128

120

115

109

104

100

096

089

084

079

069

064

055

048

 

6.5

223

213

196

185

178

170

180

155

149

140

132

125

117

112

106

101

097

094

089

083

080

074

068

061

052

045

 

7.0

194

185

173

163

157

152

145

141

136

127

121

115

108

102

098

094

091

087

083

078

074

070

063

058

050

043

 

8.0

152

146

138

133

128

121

117

115

113

106

100

095

091

087

083

081

078

076

074

068

065

062

056

052

045

039

 

9.0

122

117

112

107

103

100

098

096

093

088

085

082

079

075

072

069

066

065

064

061

05S

055

051

046

042

036

 

10,0

100

097

093

091

090

085

081

080

079

075

072

070

060

065

062

060

059

058

057

055

052

049

045

041

038

034

 

11.0

083

079

077

076

075

073

071

089

068

063

062

061

060

057

055

053

052

051

050

048

046

044

041

038

034

032

 

12.0

069

067

064

063

062

060

059

059

058

055

054

053

052

051

050

049

048

047

046

044

042

040

038

034

032

029

 

13.0

062

061

054

053

052

051

051

050

050

049

048

048

047

045

044

043

042

041

041

039

038

037

035

033

030

027

 

14.0

052

049

049

048

048

047

047

046

045

044

043

043

042

041

040

040

039

039

038

037

036

036

033

032

026

 

 

 

П р и м е ч а н и я : 1. Значения коэффициентов фвн здесь увеличены в 1000 раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Значения фвн принимают не выше значений ф, приведенных в табл.

10.