книги / Сварные конструкции.-1

стимого относительного прогиба -jj-, установленного Н и ТУ

для различных по своему назначению конструкций (см. при­ ложение IV, табл. 3), т. е.

При определении деформации возможная перегрузка не учиты­ вается, т. е. принимается п — 1.

§ 3. Методика расчета по допускаемым напряжениям

Методика расчета по допускаемым напряжениям — частный случай методики расчета по предельному состоянию, получаемый тогда, когда все коэффициенты перегрузки принимаются равными, а допускаемое напряжение одинаково для всех элементов конструк­ ции с коэффициентом условий работы т

0 < 0 »TÈaL = ? i = [al п х 1 J

Частное от деления нормативного предела текучести о# на общий коэффициент запаса %называется допускаемым напряжением [<х]. Коэффициент запаса прочности %учитывает возможные отклоне­ ния расчетных напряжений от фактических при работе конструк­ ции в процессе ее эксплуатации и принимается обычно для строи­ тельных стальных конструкций' %= 1,4-*-1,7. Для машинострои­ тельных конструкций коэффициентном запаса прочности (или выносливости) задаются в каждом отдельном случае, пользуясь соответствующими справочниками или же заводскими ТУ на проектирование.

При расчете по допускаемым напряжениям рабочие формулы будут иметь следующий вид:

w нт

б) при проверке на устойчивость

(IV. 21)

или

(IV. 22)

Условие ограничения относительной деформации конструк­ ции, т. е. условие обеспечения необходимой ее жесткости, выра­ жается и при этой методике расчета формулами (IV. 17) и (IV. 18).

§ 4. Работа стали при повторных нагрузках

Повторные нагрузки с перерывами. При работе материала в упругой стадии повторные статические нагрузки не вызывают изменений свойств материала, так как после снятия нагрузки упругие деформации исчезают.

При работе стали в стадии упруго-пластических деформаций или самоупрочнения повторные статические нагрузки оказывают влияние на свойства стали, так как вследствие явления наклепа они ведут к расширению области упру­ гих деформаций до пределов напряже­

растянуть до напряжения выше пре­ дела текучести ат, а затем разгрузить, то при немедленной повторной нагруз­ ке окажется: во-первых, что предел пропорциональности или будет совер­ шенно отсутствовать (материал пере­ станет подчиняться закону Гука) или же сделается очень низким; во-вторых, кри­ тическая точка (предел текучести) ока­ жется значительно выше, чем прежде, соответствуя приблизительно величине

напряжения, достигнутого при первой нагрузке. В то же время уменьшается относительное удлинение; материал становится менее вязким (более хрупким).

В конструкциях, работающих в условиях динамических нагру­ зок, явление наклепа, вызывающее хрупкость металла, весьма нежелательно. Поэтому в элементах этих конструкций, подби­ раемых по расчетным усилиям, при изготовлении отверстий путем пробивки требуется обязательная последующая их рас­ сверловка. С той же целью кромки листов ответственных балок после резки на ножницах подвергаются строжке.

Непрерывные повторные нагрузки. При длительном действии повторных нагрузок элементы из стали могут разрушаться при напряжениях меньших, чем при однократной нагрузке. Такое разрушение вызывается явлением усталости металла. Способ­ ность стали сопротивляться воздействию повторных нагрузок называется выносливостью или вибрационной прочностью, кото­ рая характеризуется кривой «усталости металла» (кривая Велера),

выражающей зависимость между наибольшим напряжением, щри котором происходит разрушение, и соответствующим числом циклов переменной нагрузки N (фиг. IV. 4). Уравнение кривой усталости можно написать в следующем виде:

amN = const,

где т — степень кривой усталости;

а — напряжение, соответствующее числу циклов N. Пределом выносливости называется такое предельное напря­

жение, которое материал выдерживает не разрушаясь при неогра­ ниченном числе перемен нагрузок, для стали практически равном 2"-106—6 -10е. При этом нагрузка изменяется циклически, вызывая в пределах каждого цикла непрерыв­ ное изменение напряжений от макси­ мального по абсолютной величине <ттах

иамплитуда напряжений цикла

-__ Атах — в min

рактерен для растянутых поясов вертикальных балок и ферм

идля растянутых раскосов этих ферм;

0)то же, но amin = 0, т. е. Q = 0. Так называемый пульси­ рующий цикл, предел выносливости которого обозначается а0. Характерен для тех растянутых элементов, у которых напряжения

от постоянной нагрузки пренебрежимо малы по сравнению с на­ пряжениями от временной нагрузки;

в) знакопеременный цикл со средним напряжением растяже­ ния, т. е. ат> 0. Характерен для сжато-растянутых раскосов вертикальных ферм;

г) то же, но | amin | = <ттах, р = —1, <тт = 0. Так называемый симметричный цикл, предел выносливости которого обозна­ чается а_г. Характерен для горизонтальных ферм, испытываю­ щих нагрузку как в одном, так и в другом направлении, а также для тех раскосов вертикальных ферм, напряжения в которых от постоянной нагрузки пренебрежимо малы по сравнению со знако­ переменными напряжениями от временной нагрузки;

д) знакопеременный цикл со средним напряжением сжатия, т. е. от< 0. Характерен для сжато-растянутых раскосов верти­ кальных ферм;

е) то же, но omin = 0, Q = 0, от< 0. Так называемый пуль­ сирующий цикл сжатия. Характерен для сжатых элементов, у которых напряжения от постоянной нагрузки пренебрежимо малы по сравнению с напряжениями от временной нагрузки;

ж) знакопостоянный цикл со средним напряжением сжатия, т. е. от< 0. Характерен для сжатых поясов вертикальных балок

иферм и для сжатых раскосов этих ферм.

Вобщем случае предел выносливости обозначается через oQ. Величина oQ зависит от рода материала (сталь, чугун, цветные металлы), вида деформации (изгиб, кручение и т. д.), характера цикла (симметричный, пульсирующий и т. д.), геометрической

формы и размеров детали, а также состояния поверхности. Наи­ меньшее значение а0 имеет при симметричном цикле, т. е. при, Q = —1. Предел выносливости для стали при симметричном цикле:

при изгибе О-l % 0,40<хв; при растяжении — сжатии a li %

sas 0,76o“ i як 0,28<тв; при кручении Т-\ як 0,55oüi як 0,22<тв. Эти данные относятся к опытам с образцами малого диаметра ( я к 10 мм) с полированной поверхностью и отсутствием резких изменений формы сечения (концентраторов напряжений). Поверхность про­ катных сталей, применяемых для стальных конструкций, не обра­ батывается и обычно покрыта окалиной, образующейся при про­ катке профилей. Выносливость сталей с прокатной окалиной (по сравнению с гладкими образцами), а также при наличии концен­ траторов напряжений снижается.

Сравнительная степень сопротивления усталостным разруше­ ниям того или иного типа сварного соединения и влияние качества его выполнения могут быть оценены эффективным коэффициентом концентрации напряжений

В общем случае предел выносливости образца с прокатной окалиной и концентрацией напряжений обозначается через <тор. Эффективный коэффициент концентрации напряжений р опре­ деляется опытным путем для каждого вида соединений. При этом за эталонный принимается образец довольно крупных размеров с черной прокатной окалиной, соответствующей состоянию поверх­ ности проката, применяемого в стальных конструкциях. Это позволяет не учитывать в расчетах влияние масштабного фактора и чистоту поверхности.

Значения эффективных коэффициентов концентрации при­ ведены в приложении V. Наиболее рациональны при работе на вибрационную нагрузку сварные конструкции из листов с со­ единениями элементов стыковыми швами, с полным проваром корня шва, а также непрерывными продольными (поясными) швами, выполненными автоматической сваркой ф = 1,1). Свар­ ные решетчатые конструкции из профильного проката, соединяе­ мые главным образом угловыми швами, дающими высокую кон­ центрацию напряжений ф = 1,7н-3,5), применять для сварных конструкций, интенсивно работающих на вибрационную нагрузку, нецелесообразно.

§ 5. Расчет на выносливость

Стальные конструкции, непосредственно воспринимающие мно­ гократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки, которые могут привести к усталостному разру­ шению, надлежит проектировать с принятием мер против воз­ никновения значительной концентрации напряжений и проверять расчетом на выносливость.

К конструкциям, в которых могут возникать явления уста­ лости, относятся подкрановые балки в зданиях с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы, балки рабочих площадок и элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузку от подвижных составов, конструкции под моторы и т. п.

Разрезные подкрановые балки сплошного сечения, проекти­ руемые из стали марок ВСт. 3 и ВСт. Зпс, могут не проверяться расчетом на выносливость при условии выполнения необходимых конструктивных мероприятий против возникновения значитель­ ной концентрации напряжений.

Долговечность конструкций, в которых могут возникать явле­ ния усталости, зависит от предела выносливости материала, из которого конструкции изготовлены. Поэтому при расчете таких конструкций на выносливость расчетные характеристики мате­ риала R или [ст], принятые при проверке статической прочности, понижаются помножением на коэффициент у < 1, представляю­ щий собой отношение предела выносливости материала аоР к его

пределу текучести ат, т. е. у = Ох .

В СН и П коэффициент у принимается не более единицы и

где а и b — коэффициенты, принимаемые по табл. IV. 2.

Верхние знаки в знаменателе формулы (IV. 24) принимаются в тех случаях, когда среднее напряжение цикла ат> 0, нижние знаки — когда ат< 0.

Условие выносливости

Расчет на выносливость подкрановых балок и ферм, а также балок рабочих площадок и элементов конструкций бункерных и разгрузочных эстакад следует производить на нормативные нагрузки от одного крана наибольшей грузоподъемности (или

Значения коэффициентов а и b в формуле (IV. 24)

§ 6. Нагрузки стальных конструкций

По продолжительности действия нагрузки делятся:

а) на постоянные, которые всегда действуют на конструкцию, независимо от того, находится ли она в рабочем или нерабочем состоянии (собственный вес элементов конструкций, вес перекры­ тий, кровли и пр.);

б) временные, действующие на конструкцию только в опре­ деленные промежутки времени (мостовые краны, подвижной состав, а также снег, ветер и т. д.).

Как правило, на сооружение действует не одна какая-нибудь нагрузка, а различные сочетания их. По вероятности одновремен­ ного появления нагрузок установлены три категории их соче­ таний:

1)основные сочетания нагрузок, состоящие из собственного веса конструкций, полезных нагрузок, нагрузок от рабочих кра­ нов, снеговых нагрузок;

2)дополнительные сочетания нагрузок, куда, кроме основных, входят нагрузки от ветра, монтажных кранов, воздействия тем­ пературы;

3)особые сочетания нагрузок, состоящие из особого воздей­ ствия (например, сейсмическая нагрузка), собственного веса кон­ струкций, полезных нагрузок и ветра.

При определении расчетных нагрузок для дополнительных сочетаний коэффициенты перегрузки для всех нагрузок, кроме постоянно действующих, (например, собственного веса), умножают на коэффициент сочетаний с = 0,9, а для особых сочетаний — на с = 0,8. Для специальных сооружений (мостов, гидротехниче­ ских сооружений, специальных кранов и т. д.) нагрузки и их сочетания устанавливаются специальными техническими усло­ виями или соответствующими ГОСТ.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ § 1. Сварные соединения

Соединения встык. Основным видом сварных соединений яв­ ляется соединение встык, выполненное стыковым швом (фиг. V. 1). Для конструкций, работающих на вибрационную или регулярную подвижную нагрузку, применение стыков с накладками и проклад­ ками нежелательно, так как последние привариваются к основному металлу угловыми швами, которые дают значительную концен­ трацию напряжений, снижающую усталостную прочность (вы­ носливость) соединений (см. гл. III).

Корень стыкового шва должен быть обязательно проварен,\ а концы шва для полного его провара по всей ширине листов рекомендуется выводить на временно прихваченные планки, после чего последние должны быть обрублены заподлицо с краями сты­ куемых листов. В этом случае за расчетную принимается факти­ ческая длина стыкового шва. Если же шов не выводится на вре­ менные планки, то его расчетная длина уменьшается на 10 мм для учета кратера и непровара у краев листа.

Швы встык, воспринимающие продольные сжимающие силы и выполненные автоматической сваркой под флюсом, а также полу­ автоматической или ручной сваркой электродами с высококаче­ ственной обмазкой, считаются равнопрочными с основным метал­ лом, т. е. принимается, что

Rf = R или [of] = [о],

где R и [о] — расчетное сопротивление и допускаемое напря­ жение растяжению, сжатию и изгибу основного металла конструкций;

Re" и [of] — расчетное сопротивление и допускаемое напря­ жение сжатию сварного шва встык.

В этом случае стыковые швы следует делать прямыми с под­ варкой корня и выводом концов шва за пределы стыка (фиг. V. 1, а).