Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

внахлестку, которые обеспечивают более простые условия сборки. При эксплуатации конструкций в условиях действия низких температур, когда возможны случаи хрупких разрушений, не­ обходимо ограничивать применение соединений с особо резкими изменениями формы. Кроме того, в этих условиях большое поло­ жительное значение может иметь также применение низколеги­

рованной стали.

При вибрационной нагрузке необходимо применять более со­ вершенные формы сопряжения. В этих случаях следует избегать применения соединений внахлестку. Наилучшим типом соедине­ ния будет соединение встык, характеризующееся наименьшими изменениями формы. Для стыковых соединений дополнительная механическая обработка поверхности не является обязательной и может применяться только для исправления поверхностных де­ фектов. Для тавровых соединений, характеризующихся более зна­ чительными изменениями формы, дополнительная местная меха­ ническая обработка поверхности переходов от швов к основному металлу может являться уже более необходимой.

Повысить вибрационную прочность можно поверхностным на­ клепом. Эта мера получила наиболее широкое применение в кон­ струкциях машиностроительного типа, для которых действие вибрационной нагрузки является наиболее характерным. Для многих машиностроительных конструкций разработаны опреде­ ленные приемы осуществления поверхностного наклепа.

В конструкциях общего назначения, для которых нагрузка может характеризоваться не только наличием отдельных пере­ менных составляющих, но также и значительной долей постоянной составляющей, применение поверхностного наклепа не дает та­ кого положительного эффекта, как в машиностроении. Это объ­ ясняется тем, что степень повышения вибрационной прочности при наклепе проявляется главным образом при большом количе­ стве циклов переменной нагрузки, что характерно для конструкций машиностроительного типа. При малом количестве циклов дей­

зультаты ряда исследований, весьма полезным для прочности кон­ струкций оказывается их предварительное нагружение, которое должно производиться при положительной температуре. Предва­ рительное загружение оказывается также полезным и для кон­ струкций, работающих в условиях вибрационной нагрузки, по­ этому его можно рекомендовать, как меру повышения прочности сварных соединений при любых условиях эксплуатации. В ка­ честве такого предварительного загружения вполне целесообраз­ ным является пробное испытание конструкций, производимое при сдаче их в эксплуатацию.

Г л а в а IV

ОСНОВЫ РАСЧЕТА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

§ 14. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

При проектировании конструкций оценка их прочности про­ изводится на основании расчетов, которые сводятся в основном к определению напряжений, возникающих в отдельных элементах и частях конструкций под действием различных нагрузок, и к проверке условий прочности, гарантирующих безопасность эксплуатации. Условия прочности записываются обычно в виде некоторого уравнения и выражают связь между прочностными характеристиками материала и вычисляемыми при расчете на­ пряжениями.

Все принятые в строительной механике расчеты, являются приближенными. Вычисление напряжений производится на ос­ новании допущений, принятых в курсе сопротивления материа­ лов. Это вызвано сложностью учета сил, действующих на соору­ жение, трудностью определения действительных значений напряжений в отдельных частях конструкций, наличием неодно­ родности свойств применяемых материалов, а также трудностями учета многих других факторов, оказывающих влияние на каче­ ство конструкции, к числу которых следует отнести производ­ ственные условия, имевшие место при изготовлении, и некоторые другие. Все это и создает условия, при которых полный и точный учет всех отмеченных факторов, является невозможным. При этом оказывается нерациональным также и применение более точных методов вычислений напряжений.

Применяемые приближенные методы расчета дают возможность получить решение с меньшей затратой времени. Однако расчеты нуждаются в дополнительной корректировке, которая произво­ дится на основании опыта, накопленного в процессе изготовления, эксплуатации и экспериментального исследования различных кон­ струкций. По мере развития техники совершенствуются и методы расчета конструкций.

В соответствии с различными условиями работы конструкций должны выбираться и методы их расчета. В настоящее время существуют два основных метода расчета конструкций, сущность которых изложена ниже.

Расчет по допускаемым напряжениям. При расчете конструк­ ций по допускаемым напряжениям условие прочности имеет вид

Здесь а — напряжение в опасном сечении элемента; [о] — до­ пускаемое значение напряжений.

Для безопасности сооружения допускаемое напряжение должно составлять лишь некоторую часть от предела текучести (или, как это принято для хрупких материалов, от предела прочности)

где п — коэффициент запаса.

Правильный выбор коэффициента запаса имеет такое же влия­ ние на окончательный результат расчета, как и правильное опре­ деление величины и характера действующей нагрузки и опреде­ ление напряжений в элементах конструкции. В связи с этим выбор норм допускаемых напряжений должен быть увязан в целом с ме­ тодами применяемых расчетов. Поэтому для наиболее характерных

нормы допускаемых напряжений. Так, например, для строитель­ ных конструкций общего типа допускаемое напряжение в случае применения стали марки Ст.З составляет [а] = 1600 кгс/см2 =

=160 МПа.

Для пролетных строений железнодорожных мостов для той же

марки стали оно составляет [а] = 1400 кгс/см2 == 140 МПа. При этом значение допускаемых напряжений устанавливается только для основных напряжений, а величина местных напряже­ ний (т. е. наибольших напряжений в месте концентрации, создан­ ной изменением формы или условиями передачи нагрузки) не ограничивается нормой допускаемых напряжений.

Основные напряжения (характеризующие собой некоторое усреднение значения напряжений) вычисляются на основании общеизвестных допущений, принятых в формулах, установлен­ ных в сопротивлении материалов.

При действии осевых нагрузок напряжения вычисляют исходя из предположения об их равномерном распределении, по формуле

где Р — осевое усилие; F— площадь поперечного сечения элемента. При действии изгибающего момента нормальные напряжения

вычисляются по формуле

где М — изгибающий момент; W — момент сопротивления се­ чения.

Метод расчета по допускаемым напряжениям достаточно прост. Это является его основным достоинством. Однако его недостатком является то, что выбор допускаемых напряжений или установле­ ние коэффициента запаса производится без достаточно полного учета всех условий работы конструкций, связанных с особенно­ стями действия различного рода нагрузок, с наличием возможных изменений свойств отдельных применяемых материалов и с дру­ гими условиями эксплуатации.

В связи с этим за последние годы была разработана новая методика расчета конструкций, получившая название расчета по предельным состояниям. Эта методика используется сейчас при проектировании всех строительных конструкций. Предполагается, что на основе обобщения необходимого опыта она будет посте­ пенно распространена и на другие области производства.

Особенности расчета по предельным состояниям. Предельным состоянием конструкции называется такое состояние, при котором она перестает удовлетворять предъявленным к ней эксплуата­ ционным требованиям, т. е. перестает оказывать сопротивление внешним воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения.

Установлены следующие три расчетных предельных со­ стояния:

первое предельное состояние, определяемое несущей способ­ ностью элемента (прочностью, устойчивостью или выносливостью); второе предельное состояние, характеризующееся развитием

чрезмерных деформаций; третье предельное состояние, характеризующееся образова­

нием или раскрытием трещин.

Первое предельное состояние относится к расчету отдельных элементов сварных конструкций и к расчету сварных соединений.

Второе предельное состояние относится ко всему сооружению в целом.

Третье предельное состояние применяется главным образом к железобетонным конструкциям (при раскрытии трещин в рас­ тянутой зоне бетона).

При проектировании конструкций условие прочности по пре­

Здесь N — расчетное воздействие или наибольшая расчетная на­ грузка (усилие или момент); F — геометрическая характеристика сечения (площадь, момент сопротивления и т. п.);

R — расчетное сопротивление материала; т — коэффициент условий работы.

Наибольшая расчетная нагрузка определяется суммой про­ изведений нормативной нагрузки данного вида (т. е. нагрузки

нормальной интенсивности) на соответствующий коэффициент перегрузки

где Ni -— нормативная нагрузка; и - — соответствующий ей коэф­ фициент перегрузки.

Расчетное сопротивление материала R представляет собой произведение наименьшего опасного напряжения, при котором может наступить разрушение и которое называется нормативным сопротивлением Ru (для стали это предел текучести ат), на коэф­ фициент однородности материала k

Он может учитывать опасность хрупких разрушений, неблаго­ приятное влияние агрессивной среды и других факторов.

с применением электродов типов Э42, Э42А, Э50А и Э55, норма­ тивные сопротивления растяжению и сжатию принимаются рав­ ными нормативным сопротивлениям растяжению или сжатию прокатной стали свариваемой конструкции. Нормативные со­ противления срезу для металла сварных угловых швов прини­ маются равными нормативным сопротивлениям растяжению, ум­ ноженным на коэффициент, равный 0,7,