Розрахунок за руйнуючими навантаженнями

Розрахунки заклепкових та болтових з’єднань принципово не відрізняються між собою. Тому їх будемо розглядати на прикладі заклепкових з’єднань. Один із варіантів такого з’єднання показаний на рис.

При розрахунку заклепкових (болтових) з’єднань приймають такі спрощення:

– зусилля зрізу розподіляється рівномірно між усіма заклепками;

– дотичні напруження розподіляються рівномірно по перерізу заклепки;

– розрахунковий діаметр заклепки дорівнює діаметру отвору під заклепку (а не діаметру заклепки до створення з’єднання);

– між з’єднуваними елементами відсутнє тертя (це спрощення іде у запас міцності).

Рис. 10.2 Конструювання заклепкового з’єднання

Виходячи із прийнятих спрощень, дотичні напруження у перерізі заклепки будуть визначатися так

,

де – кількість заклепок, – площа перерізу однієї заклепки.

У багатьох випадках (при з’єднанні між собою більше ніж двох листів) заклепкове з’єднання є багатозрізним, кількість зрізів залежить від кількості з’єднуваних елементів (рис.). При цьому розрахункова площа збільшується у відповідну кількість разів.

Рис. 10.3 Багатозрізні з’єднання

Умова міцності багатозрізного заклепкового з’єднання на зріз

.

Крім руйнування від зрізу заклепки, з’єднання може зруйнуватись від зминання металу заклепки чи основного металу на циліндричній поверхні, через яку передається навантаження від між ними (рис.9.4).

Рис. 10.4 Опір заклепки при зминанні

В дійсності на циліндричній поверхні дотику основного металу із заклепкою виникають напруження, які складно дослідити, тому умовно зусилля зминання відносять до умовної площі зминання .

Тоді напруження зминання для однієї заклепки

,

де – мінімальна сумарна товщина з’єднуваних елементів, зусилля від яких направлені в один бік.

Допустимі напруження на зминання визначають шляхом випробування еталонного з’єднання. Ці напруження в 2–2,5 рази перевищують допустимі напруження на розтяг для того ж матеріалу.

Враховуючи кількість заклепок , напруження зминання

.

При проектуванні з’єднання визначають, як правило, необхідну кількість заклепок, при цьому треба враховувати можливі види руйнування – від зрізу та від зминання.

Кількість заклепок:

– із умови міцності на зріз ;

– із умови міцності на зминання .

Із двох варіантів вибирають більше значення.

У будь-якому випадку отвори, утворені для з’єднання, ослаблюють основний метал (рис.). Тому після розміщення заклепок слід перевірити міцність основного металу по ослабленому перерізу за формулою

,

де – площа ослабленого перерізу.

Рис. 10.5 Визначення площі ослабленого перерізу

Конструювання заклепкового з’єднання для кутика показано в таблиці. Відстань називається рискою і визначається залежно від розміру полички .

при більших значеннях заклепки розміщуються у два ряди

10.3 Розрахунки зварних з’єднань

Зварка більш економічно вигідна, ніж заклепки, не ослаблює переріз основного металу.

Розподіл напружень по довжині та товщині шва припускається однаковим.

Допустимі напруження для матеріалу шва приймаються, враховуючи спосіб зварювання. Вони різні на стиск, розтяг, зсув.

Залежно від розташування швів стосовно лінії дії зовнішньої сили розрізняють шви: лобові (рис.9.6, а), флангові (рис.9.6, б), косі (рис.9.6, в). З'єднання, у якому застосовано одночасно не менш двох типів швів, називають комбінованим (,г).

а
б
в

Рис. 10.6 Види зварних швів

Звичайний переріз шва являє собою рівнобедрений прямокутний трикутник. Катет шва (k) звичайно призначають рівним (іноді трохи менше) товщині елемента, що приварюється; при цьому шви товщиною застосовують лише для ненавантажених з'єднань або при зварюванні елементів малої товщини. Шви великої товщини застосовувати недоцільно, практично k < 20 мм.

Розподіл напружень у кутових зварених швах, як показують спеціальні теоретичні й експериментальні дослідження, підкорюється досить складним закономірностям і в значній мірі залежить від характеру технологічного процесу зварювання. Практичні розрахунки носять умовний характер і засновані на наступних передумовах:

1) по довжині шва, незалежно від його розташування стосовно лінії дії зовнішньої сили, напруги розподілені рівномірно;

2) руйнування шва можливо від зрізу по площині, що проходить через бісектрису прямого кута трикутного перерізу шва, тобто розрахункова товщина шва .

При прийнятих передумовах умова міцності для всіх розглянутих типів швів записується однаково:

де

— розрахункова (умовна) напруга по небезпечному (бісекторному) перерізу;

— периметр шва;

— допустимі напруження на зріз для зварного шва.

Величина залежить від марки електродів і способу зварювання; наприклад, при зварюванні на автоматах або напівавтоматах під шаром флюсу, а також вручну електродами вищої якості приймають , де — допустима напруга на розтягання для основного металу конструкції.

Розрахунок зварених швів у більшості випадків виконують за умовою їхньої рівноміцності з основним металом конструкції (із елементом, що приварюється), як показано в наступному прикладі.

Приклад. Визначити довжини флангових і прорізного швів для прикріплення швелера до фасонного листа вузла ферми (мал.6.18). Для швелера зі сталі Ст.3 ; для зварених швів (зварювання вручну товстопокритими електродами). Шви повинні бути рівноміцними стержню, що приварюється.

Рис. 10.7. До прикладу

Спільне застосування флангових і прорізного швів дозволяє зменшити довжину звареного вузла. Проріз для шва послабляє швелер, який приварюється, але це ослаблення можна компенсувати, зробивши флангові шви більшої довжини, чим прорізний шов. Різницю довжин визначимо з умови, щоб у перерізі II — II, якийпроходить через початок прорізного шва, нормальні напруги у швелері були рівні . Іншими словами, ділянки I — II флангових швів повинні передати від швелера на лист зусилля , що відповідають площі ослаблення ( ):

З умови міцності зазначених ділянок флангових швів

одержуємо

де

Зусилля, що повинне бути передане звареними швами, за умовою рівноміцності швів і швелера дорівнює допустимій поздовжній силі для швелера, знайденої по неослабленому перерізі:

Ділянки флангових швів II — III і прорізний шов повинні передати на лист зусилля

По цьому зусиллю визначаємо необхідні довжини швів, приймаючи розрахунковий переріз прорізного шва рівним , і кожного з ділянок флангових швів , при цьому умова міцності

звідки

Проектна довжина шва більша на 10мм від розрахункової.