Сварные соединения. Четырехугольная труба приварена к фланцу с использованием ручной электро-дуговой сварки

Расчет поперечного сечения
Максимальный изгибающий момент: М = q·l2/2 = 4400·1,42/2 = 4312 Н·м
Условие прочности при прямом поперечном изгибе: σ = М/W ≤ [σ], отсюда находим минимальный осевой момент сопротивления сечения: W≥ М/[σ].
Определяем допустимое напряжение [σ]. Материал: сталь S355J2H (EN10025)
для которой: ReH (σТ) = 355 МПа; : Rm (σИ) = 510 …680 МПа; Е = 2,1·105МПа;
G = 8,1·104МПа.
Допустимое напряжение при коэффициенте запаса прочности s=1,5, равно:
[σ] = (σТ)/s = 355/1,5 = 236,67 МПа и
W≥ 4312/(236,67·106) = 18,22·10-6 м3 = 18,22 см3.
По ГОСТ30245-2012 «Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций», находим:
Возможные варианты сечений
1) 60х60х6 мм, WX = 18,65 см3,
2) 70х70х3,5 мм, WX = 18,59 см3,
3) 70х50х5,5мм, WX = 19,18 см3,
4) 80х40х5 мм, WX = 18,77 см3,
5) 80х60х3,5 мм, WX = 19,82 см3,
6) 80х70х3,0 мм, WX = 19,73 см3 .
Выбираем в качестве предварительного варианта, прямоугольную трубу 80х40х5 мм, WX = 18,77 см3.
Максимальное напряжение в жесткой заделке консоли равно:
σ = М/ WX = 4312/(18,77·10-6) = 229,73·106 Н/м2 = 229,73 МПа < [σ] 236,67 МПа
Фактический коэффициент запаса прочности:
Sф = ReH/σ = 355/229,73 = 1,545, что удовлетворяет значению необходимого запаса прочности, находящегося в диапазоне s = 1,3 …2,5, следовательно выбранная
прямоугольная труба сечением 80х40х5 мм, удовлетворяет условию прочности.
Рисунок 1. Эпюра изгибающих моментов.
Проверка прочности сварного шва.
Сварной шов - тавровый, выполненный угловыми швами по периметру соединения , в которых возникают только касательные напряжения.
Рисунок 2. Конфигурация сварного шва.
Принимаем катет сварного шва k = t = 5 мм. Размеры сварного шва (с учетом размеров принятой трубы):
b2 = b = 40 мм, b1 = b2 + 2·k = 40 +2·5 = 50 мм,
h2 = h = 80 мм, h1 = h2 + 2·k = 80 +2·5 = 90 мм.
Площадь поперечного сечения соединения приблизительно равна (скругления углов не учитывается):
А = b1·h1 - b2·h2 = 50·90 - 40·80 ≈ 1300 мм2 = 13,0 cм2.
Осевой момент сопротивления:
WX = (b1·h31 - b2·h32)/6·h1 = (50·903 - 40·803)/6·90 ≈ 29574 мм3 =29,57 cм3.
Напряжения от изгиба(момента М):
τМ = М/(0,7·WX) = 4212/(0,7·29,57·10-6) = 203,49 МПа.
Напряжение от поперечной силы Q = q·l = 4,4·1,4 = 6,16 кН.
τQ = Q/(0,7·А) = 6,16·103/(0,7·13,0·10-4) = 6,77 МПа.
Эквивалентное (расчетное) напряжение равно:
τ = (τ2М + τ2Q)1/2 = (203,492 + 6,772)1/2 = 203,6 МПа.
Предельно допустимое напряжение для сварного шва, определяется как:
τlim = 0,6·σТ = 0,6·355 = 213,0 МПа (материалом фланца принята сталь S355, поэтому σТ = 355МПа).
Коэффициент запаса прочности сварного шва:
s = τlim/τ = 213,0/203,6 = 1, 05, что меньше рекомендуемого коэффициента запаса прочности s = 1,3…2,5.
Вывод