ГОСТ 33169-2014. Межгосударственный стандарт. Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности

6.3 Подтверждение прочности сварных соединений

 

6.3.1 Технические требования и условия расчета

6.3.1.1 В настоящем стандарте приведены методы расчета сварных соединений, выполненных стыковыми швами, то есть с обеспечением проплавления всего сечения присоединяемого элемента (рисунок 2, а - д), и угловыми швами (е - и). Методы расчета сварных соединений элементов и/или узлов распространяются на соединения, образованные путем сварки плавлением и имеющие толщины соединяемых частей не менее 4 мм и не более 80 мм.

 

 

Рисунок 2 - Схемы сварных соединений

 

6.3.1.2 Качество сварных швов основных конструкций должно соответствовать требованиям уровня B по нормам [2]. Соответствие этим требованиям должно быть подтверждено проверкой с применением методов неразрушающего контроля. Уровень качества C по нормам [2] допускается в соединениях из сталей с пределом текучести менее 420 Н/мм², не подвергаемых интенсивному циклическому нагружению и не относящихся к конструкциям климатического исполнения ХЛ1 по ГОСТ 15150. Уровень качества D может применяться только в неответственных, слабо нагруженных соединениях, повреждение которых не приводит к отказу конструкции в целом или падению груза.

Примечание - Сварные соединения, выполненные точечной сваркой, а также стыковые соединения с неполным проплавлением корня шва в настоящем стандарте не рассматриваются.

 

6.3.2 Условие прочности

6.3.2.1 Сварные соединения стыковыми швами (рисунок 2, а - д) рассчитываются на прочность по следующим условиям:

- по предельным состояниям

 

(7)

 

- по допускаемым напряжениям

 

(8)

 

где и - максимальные эквивалентные напряжения в сварном соединении, вычисленные по методу предельных состояний и по методу допускаемых напряжений;

- расчетное сопротивление для сварного соединения стыковыми швами;

- допускаемое напряжение для сварного соединения стыковыми швами.

6.3.2.2 Сварные соединения угловыми швами (рисунок 2, е - и) рассчитываются на прочность по касательным напряжениям по следующим условиям:

- по предельным состояниям

 

(9)

 

- по допускаемым напряжениям

 

(10)

 

где и - касательные напряжения в сварном соединении, вычисленные по методам предельных состояний и допускаемых напряжений;

- расчетное сопротивление для сварного соединения с угловыми швами;

- допускаемое касательное напряжение для сварного соединения с угловыми швами.

6.3.3 Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения

Расчетные сопротивления вычисляются следующим образом:

 

(11)

 

(12)

 

где - меньшее из нормативных значений предела текучести металла шва и элемента конструкции.

Значения коэффициента даны в 6.2.1. Значения коэффициента приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

 

Коэффициент для сварного соединения

 

В условии прочности использован предел текучести материала	Коэффициент для
	соединений стыковыми швами, при , МПа		соединений угловыми швами, при , МПа
	<= 420	> 420	<= 420	> 420
элемента конструкции	1,00	1,05	1,10 - 1,15 <*>	1,15 - 1,20 <*>
сварного шва	1,10	1,15	1,15 - 1,20 <*>	1,20 - 1,25 <*>
<*> Большие значения - для соединений с длинными фланговыми швами lwi > 60k (k - катет шва), кроме тех случаев, когда нагрузка распределена по всей длине шва (как в поясных швах).

 

Допускаемые напряжения для сварного соединения вычисляются по формулам:

 

(13)

 

(14)

 

Способ вычисления коэффициента указан в 6.2.2. Значения коэффициента приведены в таблице 2.

6.3.4 Расчетные напряжения

6.3.4.1 Расчетные напряжения , , , в сварных соединениях вычисляются по комбинациям нагрузок по ГОСТ 32579.1, в соответствии с правилами используемого метода расчета (по предельным состояниям или допускаемым напряжениям).

6.3.4.2 Сварные соединения стыковыми швами рассчитываются на прочность по эквивалентным напряжениям, которые вычисляются как

 

(15)

 

где - эквивалентные напряжения, действующие в сечении Б-Б более тонкого из соединяемых элементов (рисунок 3, а, б), вычисленные по формуле (6), в которой - нормальное напряжение, действующее перпендикулярно оси шва.

 

 

Рисунок 3 - Схемы сварных соединений

 

6.3.4.3 Сварные тавровые соединения угловыми швами рассчитываются на прочность по касательным напряжениям, которые вычисляются как (рисунок 3, в, г)

 

(16)

 

где t - толщина присоединяемого элемента;

- показатель типа шва, для одностороннего , для двустороннего шва ;

h_w - расчетная высота шва, для швов, выполненных ручной и полуавтоматической сваркой (рисунок 2, е - и), h_w = 0,7k; для швов, выполненных автоматической сваркой, h_w = k, при этом значение h_w принимается не более 0,7t_min (t_min - меньшая из толщин соединяемых элементов);

k - расчетный катет, равный меньшему катету углового шва;

и - нормальное напряжение, действующее в направлении, перпендикулярном оси шва, и касательное напряжение в присоединяемом элементе (рисунок 3, в, г, сечение Б-Б), вычисленные в наиболее нагруженном месте по длине шва:

 

(17)

 

где B - длина сварного соединения, равная ширине более узкого элемента (рисунок 3, а);

B_r - расчетная длина шва.

Если сварка выполняется без выводных планок, то B_r = B - 2t (t - толщина более тонкого присоединяемого элемента). Если шов начинается и заканчивается на выводных планках, которые потом обрезаются с последующей зачисткой торца, то B_r = B.

6.3.4.4 Сварные нахлесточные соединения угловыми швами рассчитываются на прочность по касательным напряжениям, которые вычисляются как (рисунок 4)

 

(18)

 

где P_x и P_y - силы, действующие в плоскости сварного соединения и проходящие через его центр тяжести;

M_z - момент, действующий в плоскости сварного соединения;

l_wi - длины участков углового шва;

J_wp - полярный момент инерции площади среза сварного шва относительно ее центра тяжести (ЦТ) J_wp = J_wx + J_wy;

J_wx, J_wy - моменты инерции площади среза сварного шва относительно центральных осей;

r - модуль радиус-вектора расчетной точки сварного шва;

- угловая координата радиус-вектора расчетной точки сварного шва.

 

 

Рисунок 4 - Схема сварного нахлесточного соединения (а)

и площадь среза шва (б)

 

Координаты положения расчетной точки и r следует выбирать с учетом направления сил P_x и P_y таким образом, чтобы получить максимальное значение .

6.3.4.5 Для ездовой балки с рельсом над стенкой расчет на прочность сварного соединения пояса с подрельсовой стенкой, выполненного с проплавлением корня шва, производится по условию (7) или (8). Эквивалентное напряжение вычисляется по формуле

 

(19)

 

где - поперечные нормальные напряжения сжатия в стенке от местной нагрузки, вычисляемые по формуле (А.8) (приложение А);

- касательное напряжение в стенке от перерезывающей силы и крутящего момента.

Если соединение выполнено двусторонним угловым швом без разделки кромок (рисунок 2, ж), то расчет производится по условию (9) или (10), в котором касательное напряжение вычисляется по формуле

 

(20)

 

где - поперечные нормальные напряжения изгиба в стенке от местной нагрузки, вычисляемые по формуле (А.9) (приложение А).

Односторонний угловой шов в соединении пояса с подрельсовой стенкой в ездовой балке недопустим.