63. Деформации при сварке двутавровых балок

При сварке двутавровых балок могут возникнуть как об­щие деформации (изгиб и укорочение всей балки), так и мест­ные деформации поясов или вертикальной стенки. И общие и местные деформации зависят от размеров сварных швов, режима сварки и последовательности наложения швов. Прежде чем

остановиться на выборе наиболее рациональной последовательно­сти выполнения сварки, необходимо рассмотреть характер общих и местных деформаций, возникающих при сварке двутавровых балок.

Общие деформации изгиба могут быть как в плоскости вер­тикальной стенки, так и в плане. При выполнении первыми но - яспых швов, соединяющих вертикальную стенку с нижним поя­сом, характер возникающих деформаций будет тот же, что и при сварке тавровых сечений (рис. 205); вертикальная стенка изо­гнется в своей плоскости, причем, вследствие того, чго момент инерции стенки весьма велик по сравнению с собственным мо-. ментом инерции поясного листа, нижний пояс получит вогну­тость. При наложении швов, соединяющих стенку с верхним поясом, произойдет некоторое увеличение стрелки прогиба, по­лученной от первых двух швов, вследствие приведения верхней части вертикальной стенки при нагреве в пластическое состоя­ние и уменьшения при этом момента инерции вертикальной стенки. При остывании верхних поясных швов стенка будет не­сколько распрямляться, но, как это было показано ранее (§ 28), полного распрямления произойти не может, и останется прогиб такого же знака, как и полученный от приварки нижнего пояса

В рассматриваемом случае это распрямление будет еще меньше вследствие того, что при приварке нижнего пояса, под действием внутренних сил, вызванных неравномерным нагревом, деформи­ровалась только вертикальная стенка (так как верхний пояс еще отсутствовал), при приварке же верхнего пояса деформироваться должна стенка, связанная с нижним поясным листом, т. е. та­вровое сечение, имеющее значительно больший момент инерции, нежели одна вертикальная стенка.

Так, если схематически представить активные усилия, воз­никающие при сварке в виде сил Р} действующих по оси швов, то при наложении швов, прикрепляющих нижний пояс, эти уси­лия будут создавать изгибающий момент, равный (рис 205, б и в):

Мх = P-z,

где z — расстояние центра тяжести таврового сечения, соста­вленного из вертикальной стенки и нижнего пояса, от нижней кромки вертикальной стенки.

При наложении верхних поясных швов момент, создаваемый усилиями Р', вызванными этими швами (если их в запас принять равными усилиям Я), составит:

Мг = Р

Так что при приварке верхнего пояса момент будет больше

Мо

момента, вызванного швами нижнего пояса в раз:

ли __ р-h __ л_

Мг ~ Р-2г ~ 2г

В то же время момент инерции сечения после наложения швов нижнего пояса будет /±, а после окончания сварки

балки — увеличившись при этом в раз.

Если момент инерции /]. и /, представить з общем виде, то приближенно можно написать:

Л (1 + 6 а),

F

где а = ~ отношение площадей поперечного сечения стенки

‘cf

и пояса;

где Т = )у—соотношение толщины пояса и высоты стенки. Значение z может быть представлено в виде:

Если учесть, что соотношение у =-^ настолько мало, чго ве­личинами у2 и ау можно пренебречь, а также то, что при обыч - 234

ных соотношениях основных размеров балки коэфициент а колеблется r пределах от 0,5 до 1,0, то, соответственно, вели­чина^- будет составлять от */, до 1/4, а величина

/, =______ 1 +6а _

/х 4 [1-3 (,+«)(£)’)'

будет изменяться в пределах от 2 до 2,8.

Л1« г-

При этом отношение —- будет составлять всего от 1,5 до 2.

Таким образом, хотя при наложении верхних швов изгибаю­щий момент увеличивается (за счет увеличения расстояния до центра тяжести) в 1,5н-2 раза, момент инерции полу­чаемого сечения увеличи­вается в 2н-2,8 раза, т. е. полученный при приварке нижнего пояса прогиб не сможет быть выправлен поясными швами верхнего пояса, и сваренный в ука­занной последовательности двутавр будет иметь изгиб с вогнутостью того пояса, который приваривался пер­вым.

Если во избежание из­гиба в вертикальной пло­скости одновременно накла­дывать оба поясных шва с одной стороны стенки (например 1 и 3 на рис. 205), а затем швы — с другой стороны стенки, то вместо изгиба в вертикальной плоскости возникнет изгиб в плане, однако значительно меньший по величине, так как и первые и вторые швы располагаются почти по оси балки (рис - 206, а).

Весьма большое влияние на деформации балки в плане оказы­вают швы, прикрепляющие ребра жесткости к поясным листам. Так, если сперва приварить к поясам все ребра жесткости, рас­положенные с одной стороны стенки, то балка изогнется в плане, как показано на рис. 206,б пунктиром.

Нагрев второй половины сечения поясного листа при при­варке ребер с обратной стороны стенки вызовет увеличение из­гиба, т. е. нагретые волокна верхней половины пояса не в со­стоянии будут сопротивляться стягивающим усилиям, вызван­ным швами нижних ребер жесткости. При этом увеличение из­гиба балки произойдет не за счет увеличения кривизны по всей длине балки, а за счет местного увеличения кривизны в сечении, где располагается привариваемое ребро (пунктирная кривая на рис. 206, в). При последующем остывании пояс будет рас­
прямляться, однако полного распрямления не произойдет, и пояс сохранит некоторую кривизну (пунктир с точками на рис. 206, в).

Помимо общих деформаций изгиба произойдут и общие про­дольные деформации Продольные деформации вызываются в основном поперечными швами, прикрепляющими ребра жест­кости, и стыковыми швами. Чем больше количество поперечных швов на балке, тем больше ее укорочение. Поэтому для обес­печения проектных размеров балки заготовка должна иметь при­пуск, величина которого может быть задана на основании дан­ных, приведенных в § 46.

Кроме общих деформаций, балки пояса получают местные деформации, характер которых аналогичен характеру деформа­ций пояса тавровых сечений. Однако при наличии ребер же­сткости характер деформации поясов меняется. Ребра, не позво­ль А-А

ляя поясам прогнуться, приводят к волнообразной форме изгиба пояса (рис. 207). Такое же влияние оказывают и угловые швы, приваривающие ребра к поясному листу.