Ордена трудового красного знамени центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. Кучеренко (ЦНИИСК им. Кучеренко) Госстроя СССР Пособие к СНиП II-23-81 по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций

Пособие составлено к главе СНиП II-23-81. В Пособии приведен ряд новых решений, направленных на экономию основных видов ресурсов, расходуемых при выполнении сварочных работ. Основное внимание уделено рациональному проектированию сварных соединений с угловыми швами, которые составляют по массе наплавленного металла около 90 % от общего количества сварных швов. Поэтому наибольший эффект может быть получен от оптимизации размеров этих швов.

Новые нормы проектирования дают возможность сократить удельный расход наплавленного металла в строительных стальных конструкциях на 35-40 %.

Текст из главы СНиП II-23-81 отмечен в Пособии вертикальной чертой, в скобках указаны соответствующие номера пунктов и таблиц главы СНиП.

Пособие разработано ЦНИИСК им. Кучеренко (канд. техн. наук В.М. Барышев, при участии инж. Ю.А. Новикова).

1.1. При проектировании сварных соединений следует:

принимать минимально необходимое количество и минимальные размеры сварных швов;

предусматривать применение высокопроизводительных механизированных способов сварки;

предусматривать применение эффективных сварочных материалов (электродов, электродных проволок, защитных газов, флюсов);

предусматривать такое расположение и размеры сварных швов, при которых максимально сокращалась бы необходимость кантовки конструкций при их изготовлении, а также уменьшились бы размеры соединяемых деталей;

обеспечивать свободный доступ к местам наложения швов и удобное пространственное положение с учетом выбранного способа и технологии сварки и принятого метода неразрушающего контроля шва.

1.2. Сокращение массы наплавленного металла при проектировании сварных соединений и элементов конструкций достигается путем повышения расчетных сопротивлений соединений с угловыми швами за счет применения эффективной технологии сварки и электродных материалов; соблюдения требований по назначению минимально допустимых катетов угловых швов, устанавливаемых в зависимости от наибольшей толщины свариваемых элементов, вида сварки и механических свойств стали; применения односторонних угловых швов в поясах сварных двутавров, при приварке ребер жесткости, диафрагм и других деталей, а также уменьшения количества деталей в элементах конструкций или их размеров (применения односторонних ребер жесткости, исключения фасонок в решетчатых конструкциях или уменьшения их размеров в связи с повышением расчетных сопротивлений соединений с угловыми швами и др.).

1.3. При проектировании сварных соединений следует учитывать, что увеличение сечений швов по сравнению с регламентированными в главе СНиП II-23-81 не только не повышает работоспособность конструкций, но в ряде случаев снижает ее.

2.1 (3.4). Расчетные сопротивления сварных соединений для различных видов соединений и напряженных состояний следует определять по формулам, приведенным в табл. 3 СНиП II-23-81.

2.2. Расчетные сопротивления сварных соединений, определенные по формулам, которые приведены в главе СНиП II-23-81, обеспечиваются при соблюдении следующих условий:

подготовка материалов, сборка конструкций, сварка и контроль качества осуществляются в соответствии с требованиями главы СНиП III-18-75; сварочные материалы для стыковых соединений соответствуют прочности свариваемой стали и условиям эксплуатации конструкций и применяются в соответствии с табл. 1 прил. 1;

сварочные материалы для расчетных угловых швов применяются в соответствии с табл. 2 прил. 1 с учетом условий эксплуатации конструкций, указанных в табл. 1 прил. 1.

2.3. Расчетные сопротивления стыковых соединений, выполняемых всеми видами дуговой сварки, принимаются равными расчетным сопротивлениям стального проката при условии физического контроля качества швов в растянутых элементах и соблюдении требований п. 13.42 главы СНиП II-23-81 об обеспечении полного провара соединяемых элементов путем двухсторонней сварки, односторонней с подваркой корня шва или односторонней сварки на подкладке.

В случаях, когда в стыковых соединениях невозможно обеспечить полный провар элементов, рекомендуется принимать R wy   =0,7 R у  .

2.4. Несущая способность сварных соединений с угловыми швами зависит от ориентации шва относительно направления усилия, действующего на соединение. Однако учет этой зависимости существенно усложняет расчет соединения, в связи с чем расчетные сопротивления соединений с угловыми швами в главе СНиП II-23-81приняты для наименее благоприятной ориентации (флангового шва) и независимыми от величины угла между продольной осью шва и направлением силового вектора, действующего на него.

2.5. Предельным состоянием для сварных соединений с угловыми швами является опасность разрушения. В связи с этим их расчетные сопротивления установлены по временному сопротивлению металла: для металла шва - в зависимости от нормативного сопротивления металла шва R wf  = f  (R wun  ); для металла границы сплавления - в зависимости от нормативного сопротивления основного металла R wz  = f  (R un  ).

Числовые значения расчетных сопротивлений сварных соединений с угловыми швами приведены в табл. 2 и 3 прил. 1.

3.1. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение и сжатие следует проводить в соответствии с п. 11.1 главы СНиП II-23-81.

3.2. С целью повышения эффективности использования наплавленного металла в соединениях с расчетными угловыми швами предусмотрено применение электродных материалов, обеспечивающих повышенные прочностные свойства металла шва. При этом возникает необходимость проверки прочности соединений по двум опасным сечениям: по металлу шва и по металлу границы сплавления.

3.3 (11.2). Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям:

по металлу шва

по металлу границы сплавления

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 580 МПа (5900 кгс/см2 ) по табл. 1 (34); с пределом текучести свыше 580 МПа (5900 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.

При сварке с использованием технологических приемов, направленных на повышение производительности наплавки, которые сопровождаются снижением глубины проплавления (например, сварка при удлиненном вылете электрода, при прямой полярности постоянного тока, с применением дополнительного присадочного материала и т.п.), значения коэффициентов рекомендуется принимать β f   = 0,7 и β z   = 1.

3.4 (11.2). 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 табл. 2 прил. 1 настоящего пособия, 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 превышают расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R wz  , но не превосходят значений R wz    β z   / β f  

в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см2 ) допускается применять электродные материалы, для которых выполняется условие

	
		
		
		
		
		
		
		
	
	

		

			

			
Вид сварки при диаметре сварочной проволоки d , мм
			
			

			
Положение шва
			
			

			
Коэффициент
			
			

			
Значения коэффициентов β f  и β z  при катетах швов, мм
			
		
		

			

			
3-8
			
			

			
9-12
			
			

			
14-16
			
			

			
18 и более
			
		
		

			

			
Автоматическая при d = 3 - 5
			
			

			
В лодочку
			
			

			
β f 
			
			

			
1,1
			
			

			
0,7
			
		
		

			

			
β z 
			
			

			
1,15
			
			

			
1
			
		
		

			

			
Нижнее
			
			

			
β f 
			
			

			
1,1
			
			

			
0,9
			
			

			
0,7
			
		
		

			

			
β z 
			
			

			
1,15
			
			

			
1,05
			
			

			
1
			
		
		

			

			
Автоматическая и полуавтоматическая при d = 1,4 - 2
			
			

			
В лодочку
			
			

			
β f 
			
			

			
0,9
			
			

			
0,8
			
			

			
0,7
			
		
		

			

			
β z 
			
			

			
1,05
			
			

			
1
			
		
		

			

			
Нижнее, горизонтальное, вертикальное
			
			

			
β f 
			
			

			
0,9
			
			

			
0,8
			
			

			
0,7
			
		
		

			

			
β z 
			
			

			
1,05
			
			

			
1
			
		
		

			

			
Ручная; полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при d < 1,4 или порошковой проволокой
			
			

			
В лодочку нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное
			
			

			
β f 
			
			

			
0,7
			
		
		

			

			
β z 
			
			

			
1
			
		
	

Примечание. Значения коэффициентов соответствуют нормальным режимам сварки.

При выборе электродных материалов следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55 (В Пособии табл. 1 прил. 1).

3.5. Левая часть выражений (3) и (4) 1,1 R wz   < R wf    и R wz   < R wf    означает необходимость применения электродных материалов, обеспечивающих высокую прочность металла шва. Правая часть этих выражений R wf   ≤ R wz    β z   / β f   указывает верхний предел значения R wf  , выше которого увеличение прочности металла шва нецелесообразно, поскольку несущую способность соединения будет определять сечение по металлу границы сплавления.

При проектировании сварных соединений возможны исключения из требований, указанных в выражениях (3) и (4), которые определяются дискретностью значений входящих в них параметров, ограниченностью ассортимента сварочных проволок для механизированной сварки и условиями организации производства. Поэтому в ряде случаев для расчетных угловых швов целесообразно применять сварочную проволоку, при которой R wf   ≤ R wz    β z   / β f  .

Например, проволоку марки Св-08Г2С целесообразно применять при сварке в углекислом газе однопроходных швов (/г/<8   мм) в конструкциях из стали ВСт3, которая обеспечивает минимальный расход наплавленного металла из всех возможных вариантов полуавтоматической и ручной сварки; проволоку марок Св-08А и Св-08ГА - при автоматической сварке под флюсом конструкций из стали ВСт3 (применение проволоки Св-08ГА обосновано в случаях, когда на одном производственном участке одновременно выполняется сварка конструкций из малоуглеродистой и низколегированной стали).

3.6. В зависимости от значений R wf  ,  R wz    и β f  , характеризующих соединение с угловыми швами, прочность одного из двух расчетных сечений меньше прочности другого сечения. Поэтому для расчета такого соединения на срез (условный) достаточно произвести проверку менее прочного сечения. Расчетные сечения, по которым следует производить проверку прочности соединения с угловыми швами, в зависимости от параметров R wun  ,  R un    и β f  , указаны в табл. 2 (для конструкций во всех климатических районах, кроме I1 , I2 , II2 , II3 ) и табл. 3 (для конструкций в климатических районах I1 , I2 , II2 , II3 ).

Примечание. Коэффициенты β f   и β z   связаны зависимостью    , поэтому в табл. 2 и 3 значения β z   не приводятся.

3.7. Предельные усилия на сварные соединения с угловыми швами для наиболее распространенных сочетаний электродных материалов, условий сварки и катетов швов приведены в табл. 1 и 2 прил. 2.

3.8. Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента, на одновременное действие сил и момента, а также поясных соединений с угловыми швами в составных двутавровых балках следует производить по двум сечениям в соответствии с требованиями пп. 11.3, 11.5 и 11.16 главы СНиП II-23-81. При этом в общем виде расчетные формулы представляют собой сравнение напряжений, возникающих от действия усилий в расчетном сечении по шву (τf  ) и по металлу границы сплавления (τz  ), с соответствующими расчетными сопротивлениями с учетом коэффициентов условий работы: