Расчет элементов стальных конструкций на прочность с учетом хрупкого разрушения

Центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂, II₃, II₄ и II₅, следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле

σ_max ≤ βR_u / γ_u, (118)

где σ_mах - наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и φ_b;

β - коэффициент, принимаемый по табл. 84.

Элементы, проверяемые на прочность с учетом хрупкого разрушения, следует проектировать с применением решений, при которых не требуется увеличивать площадь сечения, установленную расчетом согласно требованиям разд. 5 настоящих норм.

РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

11.1*. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие следует производить по формуле

, (119)

где t - наименьшая толщина соединяемых элементов;

l_w - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.

При расчете сварных стыковых соединений элементов конструкций, рассчитанных согласно п. 5.2, в формуле (119) вместо R_wy следует принимать R_wu / γ_u.

Расчет сварных стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно прил. 2, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.

11.2*. Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис. 20):

Рис. 20. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

1 - сечение по металлу шва; 2 - сечение по металлу границы сплавления

по металлу шва (сечение 1)

N / (β_fk_fl_w) ≤ R_wfγ_wfγ_c; (120)

по металлу границы сплавления (сечение 2)

N / (β_zk_fl_w) ≤ R_wzy_wzγ_c, (121)

где l_w - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

β_f и β_z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см²) - по табл. 34*; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см²) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки β_f = 0,7 и β_z = 1;

γ_wf и γ_wz - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, для которых γ_wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа (4200 кгс/см²) и γ_wz = 0,85 - для всех сталей.

Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см²) следует применять электроды или сварочную проволоку согласно п. 3.4 настоящих норм, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва R_wf должны быть более R_wz, а при ручной сварке - не менее чем в 1,1 раза превышать расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R_wz, но не превышать значений R_wzβ_z / β_f; в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см²) допускается применять электроды или сварочную проволоку, для которых выполняется условие

R_wz < R_wf ≤ R_wzβ_z / β_f.

При выборе электродов или сварочной проволоки следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55*.

11.3*. Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

; (122)

по металлу границы сплавления

; (123)

где W_f - момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

W_z - то же, по металлу границы сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

; (124)

по металлу границы сплавления

, (125)

где J_fx и J_fy - моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;

J_zx и J_zy - то же, по металлу границы сплавления;

х и y - координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.

Таблица 34*

Вид сварки при диаметре сварочной проволоки d, мм	Положение шва	Коэффициент	Значения коэффициентов βf и βz при катетах швов, мм
3-8	9-12	14-16	18 и более
Автоматическая при d = 3 - 5	В лодочку	βf	1,1	0,7
βz	1,15	1,0
Нижнее	βf	1,1	0,9	0,7
βz	1,15	1,05	1,0
Автоматическая и полуавтоматическая при d = 1,4 - 2	В лодочку	βf	0,9	0,8	0,7
βz	1,05	1,0
Нижнее, горизонтальное, вертикальное	βf	0,9	0,8	0,7
βz	1,05	1,0
Ручная; полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при d < 1,4 или порошковой проволокой	В лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное	βf	0,7
βz	1,0

Примечание. Значения коэффициентов соответствуют нормальным режимам сварки.

11.4. Сварные стыковые соединения, выполненные без физического контроля качества, при одновременном действии в одном и том же сечении нормальных и касательных напряжений следует проверять по формуле (33), в которой значения σ_х, σ_у, τ_ху и R_y следует принимать соответственно: σ_х = σ_wx и σ_у = σ_wy - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; τ_ху = τ_wxy - касательное напряжение в сварном соединении; R_y = R_wy.

11.5. При расчете сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены условия

τ_f ≤ R_wfγ_wfγ_c и τ_z ≤ R_wzγ_wzγ_c, (126)

где τ_f и τ_z - напряжения в расчетом сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

11.6. В болтовых соединениях при действии продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным.

11.7*. Расчетное усилие N_b, которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формулам:

на срез

N_b = R_bsγ_bAn_s; (127)

на смятие

N_b = R_bpγ_bdΣt; (128)

на растяжение

N_b = R_btA_bn. (129)

Обозначения, принятые в формулах (127)-(129):

R_bs, R_bp, R_bt - расчетные сопротивления болтовых соединений;

d - наружный диаметр стержня болта;

А = πd² / 4 - расчетная площадь сечения стержня болта;

А_bn - площадь сечения болта нетто; для болтов с метрической резьбой значение А_bп следует принимать по прил. 1 к ГОСТ 22356-77*;

Σt - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

n_s - число расчетных срезов одного болта;

γ_b - коэффициент условий работы соединения, который следует принимать по табл. 35*.

Таблица 35*

Характеристика соединения	Коэффициент условий работы соединения γb
1. Многоболтовое в расчетах на срез и смятие при болтах:
класса точности А	1,0
классов точности В и С, высокопрочных с нерегулируемым натяжением	0,9
2. Одноболтовое и многоболтовое в расчете на смятие при а = 1,5d и b = 2d в элементах конструкций из стали с пределом текучести, МПа (кгс/см2):
до 285 (2900)	0,8
св. 285 (2900) до 380 (3900)	0,75

Обозначения, принятые в табл. 35*:

а - расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия;

b - то же, между центрами отверстий;

d - диаметр отверстия для болта.

Примечания: 1. Коэффициенты, установленные в поз. 1 и 2, следует учитывать одновременно.

2. При значениях расстояний а и b, промежуточных между указанными в поз. 2 и в табл. 39, коэффициент γ_b следует определять линейной интерполяцией.

Для одноболтовых соединений следует учитывать коэффициенты условий работы γ_c согласно требованиям п. 11.8.

11.8. Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

, (130)

где N_min - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, вычисленных согласно требованиям п. 11.7* настоящих норм.

11.9. При действии на соединение момента, вызывающего сдвиг соединяемых элементов, распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта.

11.10. Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, следует проверять отдельно на срез и растяжение.

Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и момента, следует проверять на равнодействующее усилие.

11.11. В креплениях одного элемента к другому через прокладки или иные промежуточные элементы, а также в креплениях с односторонней накладкой количество болтов должно быть увеличено против расчета на 10 %.

При креплениях выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей количество болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено против расчета на 50 %.