Расчёт стыка пластин на сварке (СП 16.13330.2017)

Обращаем Ваше внимание на то, что результаты расчётов, полученные в различных версиях программы, могут незначительно отличаться. 

Создание нового проекта

Запустим программу IDEA StatiCa и откроем модуль Connection

Создадим новый проект – выберем наиболее подходящий шаблон для будущего узла, присвоим ему имя и выберем необходимые материалы:

• Имя – «Стык пластин на сварке» (или любое другое, какое Вам нравится)
• Описание – «Э42, С390» (так будет понятнее)
• Марка стали – С390
• Болтовое соединение можно не трогать
• Материал сварки – Э42

Обратите внимание на то, чтобы в проекте были выбраны российские нормы проектирования – СП 16.13330.2017

После ввода всех параметров жмите на большую оранжевую кнопку «Создать проект».

Настройка геометрии модели

Как мы могли заметить, IDEA StatiCa автоматически создала две балки. Давайте немного изменим их сечение, выбрав полосовой прокат.

Зададим следующие параметры сечения:

Нажмём ОК, а затем изменим сечение элемента В2 на только что созданное, зайдя в его свойства.

Дальше немного подвинем наши пластины, чтобы можно было соединить их нахлёсточным швом – зададим смещения элемента «В1»: ex = -50 мм, ez = -12 мм и поменяем расчётную модель обоих элементов на N-Vy-Vz (более подробно об этом можно узнать здесь).

Отлично, переходим к нагрузкам.

Нагрузки

Воспользуемся уже знакомым нам режимом Design Resistance.

Перейдём к загружениям и укажем в таблице только продольную силу в 100кН:

После этого можем переходить к конструированию нашего узла.

Конструирование

Тут-то, собственно, и конструирования совсем немножко. Добавим новую монтажную операцию «Сварные швы»

Настроим свойства монтажной операции, переключившись на прозрачный вид и включив отображение меток пластин:

Далее скопируем монтажную операцию и поменяем местами «В1» и «В2» в свойствах операции:

Перейдём обратно на объёмный вид и посмотрим, что получилось:

Наше нахлёсточное соединение готово, можем переходить к расчёту.

Расчёт узла в режиме Design Resistance

Запускаем расчёт в режиме Design Resistance и по завершению переходим на вкладку Проверка к таблице «Несущая способность узла»:

Рисунок 4‑1. График несущей способности соединения

Согласно расчёту, предельное растягивающее усилие составляет 170,1 кН. Запомним это значение. Оно нам ещё понадобится.

Расчёт узла в режиме Elasto-Plastic 

Пересчитаем задачу в режиме EPS на полученную нагрузку, добавив новое загружение (первое загружение лучше отключить):

После выполнения расчёта перейдём к проверке:

Как мы видим, коэффициенты использования сварных швов действительно достигают предельных значений (99~100%).

Проверка сварных швов осуществляется следующим образом:

• Сварной шов разбивается на несколько конечных элементов по длине
• В процессе расчёта в каждом элементе определяются напряжения (три составляющих, см. раздел 2.4.2 [1])
• По напряжениям вычисляется условное сдвигающее усилие N в каждом элементе сварки
• Каждый элемент проверяется по формулам 176 и 177 из СП 16.13330.2017, п. 14.1.16 по двум сечениям – металлу шва и металлу границы сплавления.

Обратите внимание на то, что для каждого сварного шва в таблице указывается проверка именно самого напряжённого конечного элемента. Ещё не стоит забывать, что в IDEA StatiCa используются упругопластические элементы для сварки. Советуем посмотреть вторую часть этого вебинара, чтобы более подробно ознакомиться с этим вопросом.

А сейчас сравним результаты с ручным расчётом. Посмотрим, как будут отличаться предельные усилия в IDEA StatiCa и усилие, посчитанное вручную.

Сравнение результатов с ручным расчётом

Исходные данные:

Длина шва – 200мм (расчётная длина будет составлять 180 мм – за вычетом 1 см на каждом непрерывном участке), катет шва – 6 мм, коэффициент проплавления – 0,9 (для автоматической и механизированной сварки), электроды – Э42 (Rwf = 180 МПа).

Тогда согласно формуле 176 получим следующее предельное значение по металлу шва:

\[ N = R_{wf} \cdot \gamma_c \cdot \beta_f \cdot k_f \cdot l_w = 180\,\frac{Н}{{\textrm{мм}}^2} \cdot 1,0 \cdot 6,0\,\textrm{мм} \cdot 180\,\textrm{мм} = 174\,960\,\textrm{Н} = 174,96 \,\textrm{кН}\]

Как видим, разница с IDEA StatiCa несущественная (менее 3%, причём в запас).

Надеемся, что со сваркой теперь всё стало намного понятнее.   

Прикреплённые файлы

• Welded plate simple connection _ v21.ideaCon (IDEACON, 33 kB)