РАСЧЕТ тавровОГО СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Исходные данные:

  • Толщина привариваемой пластины:
  • Вылет привариваемой пластины:
  • Длина сварного шва:
t = 10 мм
L = 500 мм
a = 120 мм
  • Временное сопротивление стали соединяемых элементов:
Run = 3670 кг/см2
  • Катет сварного шва:
  • Тип сварки:
  • Тип электрода:
  • Коэффициент условий работы сварного шва:

Нагрузки на сварное соединение:
  • Растягивающая сила:
  • Срезающая сила:

  • Изгибающий момент:
kf = 4 мм
Ручная
Э42, Э42А
γc = 0.9


P = 100 кг
Vx = 80 кг
Vy = 30 кг
Mx = 150 кг*см
My = 10 кг*см
  • Толщина привариваемой пластины:
t = 10 мм;

  • Вылет привариваемой пластины:
L = 500 мм;

  • Длина сварного шва:          
a = 120 мм;

  • Временное сопротивление стали соединяемых элементов:
Run = 3670 кг/см2;

  • Катет сварного шва:
kf = 4 мм;

  • Тип электрода:
Э42, Э42А;

  • Коэффициент условий работы сварного шва:
γc = 1.0.


Нагрузки на сварное соединение:

  • Растягивающая сила:
P = 100 кг;

  • Срезающая сила:
Vx = 80 кг;
Vy = 30 кг;

  • Изгибающий момент:         
Mx = 150 кг*см;
My = 10 кг*см.

Требуется:

Выполнить проверочный расчет сварного соединения на прочность при заданных нагрузках.

Порядок расчета:

  • Расчет внутренних напряжений в сварном шве, возникающих под действием заданных нагрузок;
  • Расчет коэффициентов использования несущей способности сварного соединения.

Расчет внутренних напряжений в сварном шве

Коэффициенты расчетной ширины сварного шва для ручной сварки
(таблица 39, СП 16.13330.2017):
\[\beta_f = 0.7,\qquad\beta_z = 1.0\]
Расчетная ширина одного сварного шва:

  • по металлу шва:
\[\beta_f k_f = 0.7 \times 4 = 2.8\ \text{мм}\]
  • по металлу границы сплавления:
\[\beta_z k_f = 1.0 \times 4 = 4\ \text{мм}\]
Расчетная длина одного сварного шва (п. 14.1.16, СП 16.13330.2017):
\[L_{wf} = a - 10= 120 - 10 = 110\ \text{мм}\]
Площадь расчетного сечения двух сварных швов:

  • по металлу шва:
\[F_f = 2 \beta_f k_f L_w= 2 \times 2.8 \times 110= 616\ \text{мм}^2= 6.16\ \text{см}^2\]
\[F_f = 2 \beta_f k_f L_w=\]
\[= 2 \times 2.8 \times 110= 616\ \text{мм}^2= 6.16\ \text{см}^2\]
  • по металлу границы сплавления:
\[F_z = 2 \beta_z k_f L_w= 2 \times 4 \times 110= 880\ \text{мм}^2= 8.8\ \text{см}^2\]
\[F_z = 2 \beta_z k_f L_w=\]
\[= 2 \times 4 \times 110= 880\ \text{мм}^2= 8.8\ \text{см}^2\]
Моменты сопротивления суммарного расчетного сечения сварных швов:

  • по металлу шва:
\[W_{x,f} = 11.29\ \text{см}^3,\qquad W_{y,f} = 2.81\ \text{см}^3\]
  • по металлу границы сплавления:
\[W_{x,z} = 16.13\ \text{см}^3,\qquad W_{y,z} = 4.9\ \text{см}^3\]
Максимальные напряжения среза в сварных швах:
  • от силы P по металлу шва:
\[\tau_{Pf} = \frac{P}{F_f}= \frac{100}{6.16}= 16.23\ \text{кг/см}^2\]
  • от силы P по металлу границы сплавления:
\[\tau_{Pz} = \frac{P}{F_z}= \frac{100}{8.8}= 11.36\ \text{кг/см}^2\]
  • от силы Vx по металлу шва:
\[\tau_{Vxf} = \frac{V_x}{F_f}= \frac{80}{6.16}= 12.99\ \text{кг/см}^2\]
  • от силы Vx по металлу границы сплавления:
\[\tau_{Vxz} = \frac{V_x}{F_z}= \frac{80}{8.8}= 9.09\ \text{кг/см}^2\]
  • от силы Vy по металлу шва:
\[\tau_{Vyf} = \frac{V_y}{F_f}= \frac{30}{6.16}= 4.87\ \text{кг/см}^2\]
  • от силы Vy по металлу границы сплавления: 
\[\tau_{Vyz} = \frac{V_y}{F_z}= \frac{30}{8.8}= 3.41\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента Mx по металлу шва:
\[\tau_{Mxf} = \frac{M_x}{W_{x,f}}= \frac{150}{11.29}= 13.29\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента Mx по металлу границы сплавления:
\[\tau_{Mxz} = \frac{M_x}{W_{x,z}}= \frac{150}{16.13}= 9.3\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента My по металлу шва:
\[\tau_{Myf} = \frac{M_y}{W_{y,f}}= \frac{10}{2.81}= 3.56\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента My по металлу границы сплавления:
\[\tau_{Myz} = \frac{M_y}{W_{y,z}}= \frac{10}{4.9}= 2.04\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента, вызываемого силой Vx по металлу шва:
\[\tau_{MVxf} = \frac{V_x L}{W_{y,f}}= \frac{80 \times 50}{2.81}= 1\,423.49\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента, вызываемого силой Vx по металлу границы сплавления:
\[\tau_{MVxz} = \frac{V_x L}{W_{y,z}}= \frac{80 \times 50}{4.9}= 816.33\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента, вызываемого силой Vy по металлу шва:
\[\tau_{MVyf} = \frac{V_y L}{W_{x,f}}= \frac{30 \times 50}{11.29}= 132.86\ \text{кг/см}^2\]
  • от момента, вызываемого силой Vy по металлу границы сплавления:
\[\tau_{MVyz} = \frac{V_y L}{W_{x,z}}= \frac{30 \times 50}{16.13}= 92.99\ \text{кг/см}^2\]
Суммарные напряжения среза по металлу шва:
\[\tau_{\max,f} =\sqrt{\left(\tau_{Pf} + \tau_{Mxf} + \tau_{Myf}+ \tau_{MVxf} + \tau_{MVyf}\right)^2+ \tau_{Vxf}^2 + \tau_{Vyf}^2}= 1\,589.54\ \text{кг/см}^2\]
\[\tau_{\max,f}=\sqrt{\left(\tau_{Pf}+\tau_{Mxf}+\tau_{Myf}+\tau_{MVxf} \, + \right.}\]
\[\overline{+\tau_{MVyf})^2+ \tau_{Vxf}^2 + \tau_{Vyf}^2}= 1\,589.54\ \text{кг/см}^2\]
Суммарные напряжения среза по металлу границы сплавления:
\[\tau_{\max,z} =\sqrt{\left(\tau_{Pz} + \tau_{Mxz} + \tau_{Myz}+ \tau_{MVxz} + \tau_{MVyz}\right)^2+ \tau_{Vxz}^2 + \tau_{Vyz}^2}= 932.07\ \text{кг/см}^2\]
\[\tau_{\max,z}=\sqrt{\left(\tau_{Pz}+\tau_{Mxz}+\tau_{Myz}+\tau_{MVxz} \, + \right.}\]
\[\overline{+\tau_{MVyz})^2+ \tau_{Vxz}^2 + \tau_{Vyz}^2}= 932.07\ \text{кг/см}^2\]
Расчетное сопротивление сварного шва срезу (условному) по металлу шва для электродов Э42, Э42А (таблица Г.2, СП 16.13330.2017):
\[R_{wf} = 180\ \text{Н/мм}^2 = 1\,834.86\ \text{кг/см}^2\]
Расчетное сопротивление сварного шва срезу (условному) по металлу границы сплавления (Таблица 4, СП 16.13330.2017):
\[R_{wz} = 0.45 R_{un}= 0.45 \times 3\,670= 1\,651.5\ \text{кг/см}^2\]
\[R_{wz} = 0.45 R_{un} =\]
\[= 0.45 \times 3\,670 = 1\,651.5\ \text{кг/см}^2\]

Расчет коэффициентов использования несущей способности сварного соединения

Коэффициенты использования несущей способности показывают насколько эффективно используется несущая способность сварного шва при действии заданных нагрузок.

Коэффициенты использования рассчитываются путем деления значений внутренних напряжений, возникающих в сварном шве под действием нагрузки, на расчетную прочность сварного шва.

Если по результатам расчета, коэффициент использования оказывается меньше 1.0, то прочность сварного шва обеспечена.

Если коэффициент использования равен 1.0, то шов работает на пределе возможностей.

Если коэффициент использования больше 1.0, то прочность шва не обеспечена. Шов может разрушиться при расчетной нагрузке, необходимо увеличить его размер (катет) или изменить марку стали/электродов.
Коэффициенты использования несущей способности заданного сварного шва:
  • по металлу шва:
\[\eta_f =\frac{\tau_{\max,f}}{R_{wf} \gamma_c}= \frac{1\,589.54}{1\,834.86 \times 0.9}= 0.96\]
  • по металлу границы сплавления:
\[\eta_z =\frac{\tau_{\max,z}}{R_{wz} \gamma_c}= \frac{932.07}{1\,651.5 \times 0.9}= 0.63\]

Вывод:


Несущая способность сварного соединения при действии заданных нагрузок обеспечена, поскольку все рассчитанные коэффициенты использования несущей способности сварного шва меньше 1.0.
Перейти в калькулятор расчета сварных швов