Проектирование сварных конструкций: основы расчета прочности и конструирования

Любые элементы, выполненные из металла и требующие участия сварки, необходимо выполнять с предварительным проектированием и расчетом стальных сварных конструкций и швов на предмет растяжения и нагрузки. О том, как это сделать, расскажем в нашей статье.

Область применения сварочного аппарата и металлических изделий

Основной метод спаивания двух деталей из металла – это сваривание с помощью специального прибора. Соединения бывают разных типов, но все они в том или ином виде применяются на стройплощадках, так как это самый экономичный и технологичный способ конструирования. Необходимо знать о технических характеристиках такого метода, чтобы во время создания проекта здания учитывать возможности нагрузки на балки, перекрытия и другие конструкции.

Клепаные элементы на 20-30% расходуют больше стройматериалов, чем те, которые соединены с помощью сварки. Также они значительно тяжелее их. Литье – еще один процесс спаивания – намного более трудоемкое и металлозатратное мероприятие. К тому же сваривать можно уже подготовленные трубы и профили, а для выше представленных методов могут потребоваться дополнительные процедуры, такие как чеканка, сверление отверстий, резка и другие.

Таким образом, сравнив характерные черты сварных соединений, их конструирование и расчет становятся значительно легче. А экономические показатели на порядок выше.

 

основы проектирования сварных конструкций

 

Где применяются такие металлоконструкции? Рассмотрим на примере строительства:

  • Это необходимая процедура при прокладке трубопровода. Все инженерные системы, которые требуют металлических труб, зависят от сварки. Это канализация, а также отопление и водопровод. Для проведения коммуникаций в доме необходимо использовать программу для проектирования. Софт ИНЖКАД от «ЗВСОФТ» предназначен для создания проекта инженерных сетей. На чертеже можно также обозначить все места соединений, чтобы было проще оценить масштаб сварочных работ. Также схема должна содержать данные о значениях нагрузки и растяжения швов, чтобы не допустить перегрузки труб.
  • Этот процесс необходим при каркасном строительстве. Сейчас очень популярен такой тип возведения зданий. Каркас – это конструкция из металлопрофиля, на которую накладывается обшивка. Без прочных соединений здание может разрушиться.
  • Конструирование крыши и другие кровельные работы. Сваривают как металлические балки-основы, так и кровельные листы. Создание элементов декора и мебели.
  • Садовые предметы, столы и стулья, винтовые лестницы, входные группы, решетки на окна, козырьки и оградки, заборы, калитки – этот перечень можно продолжать долго. Единая черта всех этих предметов в том, что на них возлагается определенная нагрузка. И чем чаще их эксплуатация, тем важнее посчитать сварной шов, так как от этого зависит их прочность.

Кроме строительства, сварочные металлоконструкции применяются в автомобильном проектировании, при создании крупногабаритной техники, сельскохозяйственных машин. Также сварка – это незаменимый элемент при моделировании элементов в космонавтике, авиастроении, установке линий электропередач и во многих других областях. Для создания всех проектов используются системы автоматизированного проектирования от ZWSOFT. Программы позволяют делать чертежи с учетом сечений всех балок, профилей и прутьев из металла. ПО имеют встроенный калькулятор, так как в процессе создания макета требуется рассчитать теоретическую длину сварных швов и применить эти данные на практике.

3D-моделирование и визуализация, поддержка внешних приложений, интерфейсов .Net/VBA/ZRX и все возможности стандартной версии
Набор утилит, созданных для автоматизации выполнения и оформления строительной документации
Автоматизации выполнения проектной и рабочей документации с учетом требований ГОСТ Системы проектной документации для строительства (СПДС)
Проектирование наружных инженерных сетей : водоснабжения, канализации, газоснабжения, теплоснабжения.

Основные требования при проектировании к сваренным металлоконструкциям

 

как рассчитать теоретическую длину сварных швов

 

Эти нормы нужно учесть как при проектировании, так и при монтажных работах:

  • Герметичность. Между двумя листами или сторонами профиля не должно быть зазоров. Если выполняется круговая сварка, то в итоге два отдельных элемента должны превратиться в монолит.
  • Требуется учитывать физические характеристики всех материалов, если в процессе задействованы два и более элемента из разного металла. Если предварительно не рассчитать мощность шва, то можно получить плохую итоговую работу.
  • Условия эксплуатации. Нужно заранее провести инженерные изыскания, чтобы определить климатические условия, а также ветровую, снеговую и иную нагрузку на конструкцию. Программа Geonium от «ЗВСОФТ» предназначена для организации изыскательских работ, автоматизации записи всех данных и проведения расчетов. Используя этот софт, получится легко определить оптимальные условия эксплуатации.
  • Экономия металла. Есть несколько технологий наложения шва, в том числе внахлест. Если в процессе проектирования не обнаружилось необходимости упрочнять металлоконструкцию, то следует исходить из более экономичного варианта, например, встык.
  • Транспортабельность. Во время создания проекта следует заранее определить, какие элементы будут созданы в цехах или в ином месте, а какие – на стройплощадке. Программы помогут определить итоговые размеры конструкции, чтобы решить, легко ли их будет транспортировать до места назначения.
  • Простота монтажа. Установка металлоконструкции – это тоже вопрос, который решается еще до начала строительства. Проектировщик должен оценить, какие швы потребуется накладывать непосредственно в момент монтирования.
  • Прочность и долговечность. Чтобы создать инженерные системы или иные объекты, которые прослужат долго, требуется учесть много нюансов: материал труб, их диаметр и пропускная способность, а также тип сварки.
  • Внешний вид. Если сварочные работы требуются при изготовлении наружных элементов, то важна эстетическая сторона вопроса. Программа Form•Z Jr предназначена для трехмерного моделирования. Одна из функций софта – это 3D-визуализация, с помощью которой можно посмотреть на внешний вид изделия, увидеть стыки. Также приложение поможет внести изменения в проекте, в том числе скрыть швы, сделать соединения в других, менее заметных местах.

Ориентируясь на эти основы, можно приступить к проектированию и расчету прочности сварных конструкций.

Классификация металлоконструкций

 

этапы проектирования сварных конструкций

 

Различают разные элементы по ряду признаков. Они отличаются характеристиками и применением, а значит для них нужен отдельный (не типовой) проект и индивидуальный расчет. Рассмотрим более подробно некоторые из них.

Разновидности швов

Различают:

  • Нахлест. Одна плоскость частично накрывает другую, при этом происходит значительное уплотнение. Это выглядит неэстетично, но прибавляет прочности, так как сваривание происходит в двух местах.
  • Стык. Две плоскости спаиваются в одну. Наиболее частотный метод.
  • Угол. Этот способ применяют, когда требуется не прямолинейная, а изогнутая конструкция. Требуется предварительный расчет, чтобы определить градус угла.
  • Соединение-тавр. На вид напоминает букву «Т», так как торец одной детали прикладывают к площади второй.
  • Торцовый метод. Два элемента кладут бок о бок. Шов при этом получается не поперек, а вдоль изделия.

Чтобы не увеличивать силу сварочного тока, следует предварительно сделать разделку – это процедура создания скосов. Они могут быть односторонние и обоюдосторонние.

Классификация сварных конструкций по сфере применений

Различают:

  • авиационные – для создания самолетов и других воздушных транспортов;
  • судовые – применяют в проектировании кораблей;
  • вагонные – созданы для устройства вагонов и локомотивов ЖД;
  • машиностроительные – применяются как элементы тяжелого оборудования и станков;
  • автомобилестроительные – предназначены для корпуса и салона автомобиля;
  • строительные – для возведения зданий, и другие.

Классификация по функциям и характеристикам металлоконструкций

В процессе создания больших конструкций учитываются более мелкие элементы. При создании проекта важно учесть особенности каждой детали, так как это влияет на расчет прочности сварного шва, к примеру, различают:

  • Балки. Это металлические перекрытия и иные части, которые получают поперечный изгиб. Их необходимо по возможности сваривать вдоль, а не поперек, чтобы укрепить готовый металлопрофиль или лист. Также можно накладывать их не только параллельно, но и укреплять вдоль, также используя метод присоединения сваркой. Получается прочная решетка.
  • Колоны. Они устанавливаются перпендикулярно полу. Их важно проверить на сжатие, в то время как предыдущий тип работал на растяжение.
  • Решетчатые соединения. Они свариваются в узлах. Часто такой вид применяется в процессе армирования фундамента и зданий в целом.
  • Конструкции, при эксплуатации которых требуется противодействовать давлению изнутри или снаружи. Обычно это емкости или трубы, в которых жидкое или газообразное вещество. Применяются при создании инженерных систем.
  • Металлоконструкции для транспортных средств. Их основные характеристики – это эстетичность, небольшая масса и жесткость. Их применяют при создании ребер у кузова машины.

Этапы проектирования сварных конструкций

 

допускаемые напряжения для сварных швов

 

  • 1 стадия – техническое предложение.

Заказчик составляет задание, в котором находятся все требования к исходному изделию. Затем определяются сроки работы, собираются все данные для анализа полученной задачи. Затем исполнитель предлагает свои варианты и согласовывает их.

  • 2 стадия – эскизное проектирование.

Просматриваются типовые проекты, учитываются индивидуальные особенности объекта. Рассматриваются технологические решения, предлагаются экспериментальные разработки. Конструктор выбирает материалы, тип сварки, набрасывает макет самых трудных элементов, учитывает допускаемые напряжения для сварных швов. Все его действия в этот период рассчитаны на анализ возможностей достижения оптимального соотношения цены, качества, сроков и затрачиваемых трудовых ресурсов.

  • 3 стадия – создание технического проекта.

Основные элементы чертятся в нескольких вариантах. Применяются различные технологии, производится параллельный учет затраченных материалов и характеристики итогового макета – напряженность, растяжение, максимальные нагрузки и другие характеристики. Затем комбинируются различные проектные решения, чтобы составить основной план.

  • 4 стадия – рабочее проектирование.

Это детальная проработка итогового варианта. Все технологические решения получают обоснование и воплощение. Все чертежи изготавливаются в деталях – узлы, швы, материалы, заготовки, размеры, кромки, припуски и другие. Также составляются техусловия на монтаж и сборку, а также на тестирование и сдачу в эксплуатацию. Затем происходит согласование с технологом, при необходимости вносятся корректировки.

Также попутно создается вся сопровождающая документация по ГОСТ стандартам, а также заполняются сметы и спецификации. Делать это все вручную практически невозможно. Программы автоматизированного проектирования от «ЗВСОФТ» включают в себя и графические, и текстовые форматы и инструменты для работы. Программа VetCAD++, которую необходимо устанавливать на САПР ZWCAD 2018 Professional, предлагает автоматизацию всех процессов, связанных с заполнением и оформлением строительных документов – спецификации, чертежи, вычерчивание сеток и каркасов, статистическая выборка и прочее.

Как рассчитать длину сварного шва – формула

Основной расчет при создании проекта выполняется так:

L= F/ρ*[ρ], где

  • L – протяженность спая;
  • F – планируемая реальная нагрузка на соединение;
  • ρ – допустимая нагрузка.

Значения констант можно определить по таблице. Они зависят от вида сварки, используемого электрода, техники приваривания, элементов присоединения и характеристик стали:

 

нагрузка на сварные швы

 

Программы для автоматизации проектирования сварных соединений от ZWSOFT

Для создания проекта необходимо компьютерное программное обеспечение от компании «ЗВСОФТ». Разработчик предлагает множество удобных и многофункциональных софтов, которые подойдут для моделирования металлоконструкций. Все ПО переведены на русский язык и имеют удобный, интуитивно понятный интерфейс.

ZWCAD 2018 Professional – это базовый САПР, который имеет следующие достоинства:

  • двухмерное и трехмерное моделирование;
  • 3D-визуализация;
  • полная поддержка DWG и остальных популярных графических и текстовых форматов;
  • возможность пополнения библиотеки элементов.

Также на основу ZWCAD Pro можно установить модули:

  • СПДС GraphiCS – для обозначений сварных швов, заполнения проектных и рабочих документов с учетом СНиП, ГОСТ и СП.
  • VetCAD++ – для оформления строительной документации в соответствии с отечественными стандартами (отметки, сечения, узлы, линии обрыва, обозначение отверстий, обозначение сварки по ГОСТ, фигурные скобки, сварные швы).

Проектируйте сварные конструкции вместе с программами от ZWSOFT.

Остались вопросы? Задайте их здесь

Рассылка

Подпишитесь на рассылку, чтобы получать уведомления о новых статьях, продуктах, специальных предложениях компании ZWSOFT.
Мы гарантируем конфиденциальность ваших данных.
 

или присоединяйтесь к нашей группе в соцсети