Расчёт параметров сварного шва у составной балки

[Малюк]

Есть балка. На балку действуют усилия (все известны). После расчётов исходя из этого подобрано сечение балки (см. рисунок). Сечение составное. Чтобы это работало трубы нужно сварить.
Как рассчитать параметры сварного шва?
Чтобы его рассчитать необходимо знать осевую силу. Как её найти (формула)?

[niklas]

"На балку действуют усилия (все известны)", так Вам и карты в руки. Нам усилия неведомы

[Малюк]

Хорошо не правильно высказался. Известно:
- распределённая нагрузка (вдоль всей оси балки)
- реакции в опорах (посчитана)
- эпюры поперечных сил и изгибающих моментов действущих на балку (просчитаны)
Исходя из этого подобрано сечение балки (см. рисунок). Сечение составное. Чтобы это работало трубы нужно сварить.
Как рассчитать параметры сварного шва?
Чтобы его рассчитать необходимо знать осевую силу. Как её найти (формула)?

[Goran]

.... Сечение составное. Чтобы это работало трубы нужно сварить.
Как рассчитать параметры сварного шва?...

Чтобы это рассчитать, нужно понять как это будет работать.
В сварных соединениях некоторые швы являются рабочими, а некоторые — связующими. Рабочими называются швы, воспринимающие нагрузку от внешних усилий. При разрушении рабочего шва может разрушиться и сварное соединение. Связующими называются швы, служащие для соединения нескольких элементов конструкции (например, полос), несущих основную нагрузку. Наплавленный металл связующих швов деформируется вместе с основным металлом элементов, связанных данным швом. Если связующий шов разрушится, то соединение может работать, так как нагрузка воспринимается элементами основного металла. На прочность рассчитываются только рабочие швы.

[Николай]

Если бы балка состояла из одинаковых профильных труб, т.е. сварной шов проходил через нейтральную линию изгиба, то нагрузка на шов при изгибе балки была бы очень мала. В указанном случае  шов будет нагружен тем большей нагрузкой (на сжатие или на разрыв), чем дальше он отстоит от нейтральной линии.Может, эти рассуждения помогут приблизиться к реальному расчёту?

[Малюк]

Если связующий шов разрушится, то соединение может работать, так как нагрузка воспринимается элементами основного металла.

В моём случае это недопустимо.

Нашёл такое чтиво. Которое напрочь отбивает

Если бы балка состояла из одинаковых профильных труб, т.е. сварной шов проходил через нейтральную линию изгиба, то нагрузка на шов при изгибе балки была бы очень мала. В указанном случае  шов будет нагружен тем большей нагрузкой (на сжатие или на разрыв), чем дальше он отстоит от нейтральной линии.Может, эти рассуждения помогут приблизиться к реальному расчёту?

Тоесть по логике осевая сила будет равна:
F=t*b*L, где
- t - тау
- b - ширина сечения в интересующем месте
- L - длина ширины сечения в интересующем месте
Так как t в каждом сечении разная то формулу можно написать по другому
Максимальная осевая сила на участке будет равна:
Fm=tm*b*L, где
- tm - максимальное тау на участке в предполагаемом месте шва
- b - ширина сечения в интересующем месте
- L - длина участка
Тоесть порядок действий такой:
1. Разбиваем балку на участки (по логике чем меньше тем лучше ,я думаю по 1 м будет нормально)
2. Находим по эпюре сил максимально нагруженное место на этом участке
3. Определяем t в этом сечении (в области предполагаемого шва)
4. Определяем максимальную осевую силу на участке
Верны ли мои рассуждения?

[Kirilius83]

По моему, в данном случае расчет следует вести по касательным напряжениям.

Попробуйте глянуть "руководство по проектированию стальных тонкостенных балок" - там правда про сварные двутавровые балки с поперечными ребрами, но может что пригодится.... Так же "Строительная механика", "Металлические конструкции" - но не знаю, есть ли там такое....




если удастся вычислить закон кривой касательных напряжений, то станет ясно какое они в этом месте...
еще СНИП гляньте http://www.gosthelp.ru/text/SNiPII2381Stalnyekonstruk.html

[Zima]

1. Шов очень даже рабочий.
2. В шве возникают касательные напряжения равные касательным напряжениям с сечении на уровне шва.
3. Касательные напряжения по нейтральной линии как раз максимальные (в отличии от нормальных) .
4. Считать надо на максимальную поперечную силу (на опорах). Формула классическая и в выложеном примере 7.9., только вот Sz надо брать на уровне швов, а за b ширину швов(толщину швов).

PS

Нашел, считать надо как казано в СНиП II-23-81 п.1.16.Поясные соединения в составных балках

[Goran]

1. Шов очень даже рабочий....

Не факт!
Расчет обычно проводится на основании схемы нагружения (которой нет) и вида закрепления.
При изгибе составной балки по приведенной схеме усилия будут передаваться через низ верхней балки и верх нижней которые связаны (сварены) между собой. Шов будет изгибаться вместе с основным металлом, и нагрузку не воспринимать, то есть шов будет связующим.

[Малюк]

Тоесть двигаюсь я в правильном направлении?

как казано в СНиП II-23-81 п.1.16.Поясные соединения в составных балках

Помарочка надо п. 11.16

[Zima]

Не могу сказать, у вас какая то осевая сила. Вы трактуете по своему и я пока вашей трактовки не пойму.

[Zima]

Не факт!
Расчет обычно проводится на основании схемы нагружения (которой нет) и вида закрепления.
При изгибе составной балки по приведенной схеме усилия будут передаваться через низ верхней балки и верх нижней которые связаны (сварены) между собой. Шов будет изгибаться вместе с основным металлом, и нагрузку не воспринимать, то есть шов будет связующим.

Факт! Сечение из связаных между собой швами  труб будет иметь большую жесткость, чем не связаных, а значит усилия по связи передаются. Конечно это при условии что трубы ориентированы вертикально (друг на друге) и изгиб происходит в вертикальной плоскости

[Goran]

Факт! Сечение из связаных между собой швами  труб будет иметь большую жесткость, чем не связаных, а значит усилия по связи передаются. Конечно это при условии что трубы ориентированы вертикально (друг на друге) и изгиб происходит в вертикальной плоскости

Не факт!
Жесткость обеспечивается за счет созданого "среднего" пояса, который в два раза "толще" верхнего и нижнего, Вот это продольное ребро будет воспринимать нагрузку. В шве напряжения будут, поскольку он изгибается. Но усилие будет воспринимать основной метал сдвоеного пояса, а шов нет, поскольку  "зона изгиба" мала. И в данном случае шов соединяет "два пояса" которые условно одинаково работают (из-за размеров).При варианте поясных соединений (по СНиПу) швы поясов (верхнего и нижнего) разнесены и работают по разному (один на сжатие, второй на растяжение), к тому же они соединяют не пояса между собой, а пояс со стекной, и нагрузка от пояса через шов передается на стенку, в этом случае шов однозначно расчетный.   

[Николай]

Напряжения будут так распределяться?

[Kirilius83]

При изгибе трубы будут стремится сдвинутся относительно друг друга - они же по разным радиусам изгиба  лягут. Поэтому на шов действуют и изгибающие, и сдвигающие нагрузки.

Но, ИМХО, в данном случае толщина стенок маленькая и при сварке будет полный провар (а то шов еще и толще стенки будет, т.к. форма впадины способствует), следовательно можно принять шов равнопрочным основному металлу. Кстати, шов нестандартный - ибо там не фаски а радиусы.
+ поскольку напряжения в нем будут меньше чем верхних и нижних поясах (на мой выпуклый глаз, хотя насчет касательных лучше подсмотреть как в двутавровой балке распределено), то можно шов и цепным сделать, меньше поведет при сварке.

ЗЫ сильно влияет запас прочности и ответственность соединения. Как там с этим дела?

[Zima]

Все что вы пишете касается нормальных напряжений.
Вы забываете о касательных напряжениях, именно они обеспечивают  совмесную работу поясов.
Положите две линейки друг на друга и согните, и сразу увидите как они взаимно скользят по контакту, и максимально по концам. Простой расчетный пример:
Два бруска квадратного сечения , положены друг на друга и не склеены

W=2 (a³/6)=a³/3

склеенных между собой

W=(a (2a)²)/6=2a³/3

[Goran]

При изгибе трубы будут стремится сдвинутся относительно друг друга ...

...Два бруска квадратного сечения , положены друг на друга и не склеены
...

Господа, я сразу оговорился...расчет производится на основании схемы нагружения и в зависимости от закрепления балки! Так что усилия воспринимаемые для "стремления" сдвинуться нужно соотносить с нагрузкой и заделкой. Так что "рабочесть" шва при обсуждении "на пальцах" -  не есть факт! 

[Малюк]

Не могу сказать, у вас какая то осевая сила. Вы трактуете по своему и я пока вашей трактовки не пойму.

Формула при расчёте на срез будет А=F/t, где
F - сила сдвига (она же в моей интерпритации осевая сила)
t - касательные напряжения
А - площадь среза
Но по сути она нам и не нужна, можно приравнять
Aш*tш=Aс*tс (с индексом "ш" - параметры для сварного шва, с индексом "с" - параметры для сечения балки тоесть:
Аш=Aс*tс/tш, где
Aс=b*L
tс - мы находим по формуле Журавского
tш - 0,5...0,6*Sт/n (Sт - сигма текучести материала, n - коэффициент запаса)

Господа, я сразу оговорился...расчет производится на основании схемы нагружения и в зависимости от закрепления балки! Так что усилия воспринимаемые для "стремления" сдвинуться нужно соотносить с нагрузкой и заделкой. Так что "рабочесть" шва при обсуждении "на пальцах" -  не есть факт! 

См. рисунок

[Малюк]

Вообще сечение я дал наглядное (чтобы было как можно проще но описывала суть вопроса) реальная задача следущая. Есть платформа (см. фрагмент). Она поднимает (поворачивает) грузы. Тоесть поворачивается вокруг неподвижной шарнирной опоры (вторая опора). Необходимо повысить грузоподъёмность платформы. В результате чего изменится сечения балки см. Фрагмент_1 (самое опасное сечение), посуте вся платформа это и есть балка. Если это всё варить непрерывным швом, конструкцию очень сильно поведёт, а если прерывистым то поведёт меньше. Какие параметры должны быть у этих швов?

[Goran]

... Тоесть поворачивается вокруг неподвижной шарнирной опоры (вторая опора). Необходимо повысить грузоподъёмность платформы. ...

Посмотрите рекомендации по усилению например, здесь