Файл: Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений.pdf

Учет нестационариости нагружения следует отнести к сущест­ венным преимуществам метода расчета, разработанного ЦНИИС. Вместе с тем величина коэффициента режима нагрузки £ и нахож­ дение его в правой части основного расчетного уравнения вызыва­ ют ряд замечаний [14, 1631. Возникает сомнение и в целесообраз­ ности сохранения существующей формы расчета с помощью коэф­ фициента у. Как известно, такая форма расчета принята давно; ее можно встретить, например, в русских нормах 1907 г. на проек­ тирование мостов. Позднее коэффициент у перешел в расчет закле­ почных, а затем и сварных соединений. С его помощью проверка на выносливость связывалась с расчетом на статическую прочность.

Поскольку проверка на выносливость и расчет на прочность про­ водились на воздействие одних и тех же нагрузок, задача своди­ лась только к тому, чтобы понизить допускаемые напряжения для элементов и соединений, испытывающих переменные напряжения. Эту роль и выполнял коэффициент у. Для его определения пользо­ вались формулой

Постоянные коэффициенты а и b для различных соединений ука­ зывались в технических условиях и подбирались с таким расчетом, чтобы после умножения основного допускаемого напряжения на ве­ личину у получались напряжения ниже предела выносливости со­ единения. Такая методика просуществовала до 1955 г. Нормы про­ ектирования сварных мостов ТУПИМ-св-55 [151] изменили подход к установлению нагрузок для расчета на усталость. Нагрузки стали иными, чем при расчете на статическую прочность. Однако это до­ стигнуто не путем прямого снижения расчетных нагрузок, а посред­ ством увеличения коэффициента у. В формуле для его определения появился коэффициент режима нагрузки £, не свойственный правой части расчетного уравнения. Этим, очевидно, преследовалась только

.одна цель — сохранить прежнюю форму расчета.

В нормах СН-200-62 [152] произошло дальнейшее усложнение •коэффициента у. С его помощью стали дополнительно снижать на­ пряжения в элементах (и их соединениях) с малой длиной загружения линии влияния. Такая разнохарактерность коэффициента у делает методику расчета соединений на выносливость не ясной; она не согласуется с методом расчета по предельным состояниям, в ко­ тором все факторы выражаются в явной форме 1551. При этом следу­ ет отметить, что если в нормах 1955 г. [151 ] сохранение прежней фор­ мы несколько упрощало расчет на выносливость (расчетные напря­ жения брались готовыми из расчета на прочность), то в нормах 1962 г. [1521 для расчетов на прочность и выносливость рекоменду­ ются различные значения коэффициента перегрузки п, коэффициен­ та е (учитывающего нагрузку от тяжелых транспортеров), динами­ ческого коэффициента 1 + |Л, указываются различные правила загружения линий влияний и т. д. В этих условиях полностью теря­ ется связь между расчетами на статическую прочность и на

180

выносливость. Следовательно, отпадает надобность и в коэффи­ циенте у [163].

Как уже упоминалось, для определения пределов выносливости сварных соединений промышленных сооружений также использу­

ние нестационарности режима работы конструкции с течением вре­ мени и длины загружения линии влияния. Тем не менее значения коэффициента а несколько различаются в зависимости от полноты загружения конструкций (табл. 44).

Расчет на выносливость подкрановых балок и ферм, балок рабо­ чих площадок, элементов бункерных и разгрузочных эстакад пред­ писывается производить на воздействие нормативных нагрузок от одного крана наибольшей грузоподъемности (или соответственно от одного подвижного состава, действующего в пролете) без учета коэффициента динамичности. За расчетные сопротивления усталос­ ти разрешается принимать средние значения пределов выносливости (кривые/, рис. 110). Исходя из этого были подобраны коэффициен­ ты а и Ь в формуле (34). Когда элементы или конструкции находят­ ся под воздействием полной нормативной переменной нагрузки, коэффициента увеличивают с таким расчетом, чтобы после умноже­ ния основного расчетного сопротивления (R = 2100 кГ/см2) на ко­ эффициент у получалось значение арКр (кривые 3, рис. ПО).

Рекомендуемые нормативные нагрузки являются условными. Они не отражают действие фактических нагрузок, предопределяю­ щих усталостную повреждаемость конструкций. Надо полагать,, что в связи с результатами изучения спектров реально действующих переменных напряжений (например, в подкрановых балках, см. сле­ дующий параграф) нагрузки для расчета на усталость будут изме­ нены. Уточнению должны подлежать и расчетные сопротивления усталости. При этом целесообразно те и другие данные выражать

181

в явной форме вне связи с нормативными статическими нагрузками и расчетными сопротивлениями однократно действующим макси­ мальным напряжениям.

2. Определение расчетных сопротивлений усталости сварных соединений малоуглеродистых, низколегированных и высокопрочных сталей

Выражая расчетные напряжения от внешних воздейст­ вий и расчетные сопротивления усталости материала или сварных соединений в явном виде, исходная формула для поверки на выносли­ вость в методе расчета по предельным состояниям принимает вид

вие которых равноценно нестационарному нагружению в течение расчетного периода эксплуатации конструкции; Rr — расчетное сопротвиление усталости материала или сварного соединения.

Исходя из принципов нормирования, принятых в методе расчета по предельным состояниям, а также статистической природы усталост­ ного разрушения и статистических приемов фиксации нестационар­ ности нагружения, Rr и аэ следует определять в вероятностном аспек­ те. Однако применительно к расчету сварных соединений такой подход не получил еще должного развития. В настоящее время рас­ четные сопротивления Rr заметно понижаются по отношению к экс­ периментально установленным пределам выносливости соединений, а расчетные нагрузки для проверки на усталость назначаются рав­ ными или близкими к максимальным, редко действующим на кон­ струкцию. Между тем объем накопленных экспериментальных дан-' ных по выносливости сварных соединений (см. гл. III) позволяет уже теперь применить метод математической статистики для уточне­ ния Rr и тем самым сблизить методики определения расчетного со­ противления усталости соединений Rr и основного расчетного со­ противления R, отвечающего статическому воздействию сил.

При статическом нагружении за предельное сопротивление ма­ териала принимается предел текучести сгт. Нормативный предел текучести о?, указываемый в стандарте, соответствует браковочному минимуму. Ему отвечает нормативное сопротивление R". Однако выборочный характер контрольных испытаний не исключает воз­ можные отклонения фактического предела текучести от норматив­ ной величины в сторону ее снижения. Поэтому в нормах проектиро­ вания стальных конструкций [55, 146, 149] за расчетное сопротив­ ление R принимается значение наименьшего возможного предела текучести, устанавливаемого статистическим методом по кривым распределения:

182

Аналогичная методика может быть принята и для определения расчетного сопротивления усталости [173, 270]. За расчетное сопро­ тивление усталости Rr наиболее обосновано принимать нижнюю границу рассеяния предела выносливости с заданной вероятностью неразрушеиия Р , а за нормативное сопротивление усталости R" — нижний доверительный интервал среднего значения предела вынос­ ливости. Тогда

отклонение нижней границы рассеяния предела выносливости с заданной вероятностью неразрушения Р и принятой доверительной

сопротивление усталости сварного соединения с принятой довери­

Предел выносливости о,, входящий в формулу (43), определяется экспериментально или же путем экстраполяции до 5 • 10е циклов. Величины ACT,, и АР, ( Р ) могут быть вычислены по известному среднеквадратическому отклонению предела выносливости в предположе­ нии нормального закона его распределения и достаточности объема проведенных испытаний на усталость.

183