Основные принципы расчётов сварных конструкций. Метод расчёта по допускаемым напряжениям.

Известны два принципа сварных конструкций и соединений:

– по допускаемым напряжениям;

– по предельному состоянию, по расчетным сопротивлениям.

Принцип расчета по допускаемым напряжениям применяется при проектировании машиностроительных конструкций. В расчете по этому принципу конструкция рассматривается в рабочем состоянии под действием нагрузок, допускаемых при ее нормальной эксплуатации, нормативных нагрузок.

Условие прочности конструкции или соединения заключается в том, чтобы напряжения от нормативных нагрузок не превышали некоторого допускаемого напряжения. Допускаемое напряжение при растяжении для основного материала сварной конструкции называют основным допускаемым напряжением. Допускаемые напряжения от других видов нагрузок и для материала сварных швов определяются как производные от:

[Ϭ]_F=Ϭ_r/n₂

где Ϭ_r – предел текучести материала;

n₂ – коэффициент запаса прочности, принимаемый обычно равным 1,4…1,6.

Условия прочности по этому принципу записываются в следующем виде:

Ϭ_H=N_H/F≤[Ϭ]_F; Ϭ_H=M_H/W≤[Ϭ]_F

где N_H и M_H – нормативные продольная сила и изгибающий момент;

F и W – площадь поперечного сечения рассчитываемого элемента конструкции и момент сопротивления.

Принцип расчета по предельному состоянию, по расчетным сопротивлениям, используется при проектировании строительных конструкций. При расчете на прочность по этому принципу конструкция рассматривается в своем предельном состоянии, т. е. в таком, при котором она перестает сопротивляться внешним силовым воздействиям и теряет свою несущую способность. Величину напряжений в конструкции определяют при некоторой расчетной нагрузке, которая представляет наибольшее возможное значение нагрузки на конструкцию в период ее эксплуатации, способной привести к нарушению нормальной работы конструкции:

N_F=K_HN_HM_F=K_HM_HϬ_F=K_H Ϭ_H

где N_F и M_F – расчетные нагрузки;

K_H – коэффициент надежности или коэффициент перегрузки,

K_H = 1,1…1,3;

Ϭ_F – расчетное напряжение.

Расчетом предусматривается, что наибольшее расчетное напряжение в конструкции должно быть не больше минимально возможного значения предельного напряжения, называемого расчетным сопротивлением R:

R=K_MR_H

где R_H – нормативное сопротивление материала, которое для стали равно;

K_M – коэффициент безопасности по материалу, коэффициент однородности материала.

Условия прочности по этому принципу записываются в следующем виде:

Ϭ_P=N_P/F≤mR; Ϭ_P=M_P/W≤mR

где m – коэффициент условий работы.

Значения допускаемых напряжений, расчетных сопротивлений, коэф-фициентов K_HK_M,, m определяются отраслевыми стандартами.

При расчете то допускаемым напряжениям конструкция рассматривается в ее рабочем состоянии под действием нагрузок, допускаемых при нормальной эксплуатации сооружения, т. е. нормативных нагрузок.

Условие прочности конструкции заключается в том, чтобы напряжения в конструкции от нормативных нагрузок не превышали установленных нормами допускаемых напряжений, которые представляют собой некоторую часть от предельного напряжения материала, принимаемого для строительной стали равным пределу текучести σт.

Таким образом, основные формулы проверки прочности конструкции имеют вид

где σ — напряжения в конструкции от нормативных нагрузок;

[σ] — допускаемые напряжения, которые установлены соответствующими нормативными документами;

σт — предел текучести стали;

k0 — коэффициент запаса прочности.

Коэффициент запаса введен здесь потому, что возможны отклонения как фактической нагрузки от той теоретической, которая принята в расчете, так и действительной конструкции сооружения от той теоретической схемы, которая рассчитывается.

Эти возможные отклонения перекрываются коэффициентом запаса (в среднем равным примерно 1,5), который, таким образом, связывает расчетные предположения с фактической работой конструкции в процессе ее эксплуатации.