Производство по чертежам Подбор аналогов Цены производителя Оригинальная продукция в короткие сроки
Наши
каналы
MAX Telegram
INNER — производство и поставка промышленных комплектующих и оборудования
INNER
Контакты
Наши каналы:

Калькулятор прочности сварного шва

Калькулятор прочности сварного шва по СП 16.13330.2017

Калькулятор прочности сварного шва

Стыковые и угловые швы по СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с Изм. № 1–6, раздел 14.1: проверка прочности, подбор катета и длины, масса наплавленного металла
Пример или ловушка Эталоны — задачи из опубликованных источников с готовым ответом: калькулятор воспроизводит их числа, а если норма с тех пор изменилась — объясняет разницу под списком. Ловушки — типовые ошибки проектировщиков: переключите параметр и посмотрите, как меняется результат.
Сталь соединяемых элементов
Как задать характеристики По классу прочности — Ryn, Run, Ry берутся из табл. В.3 (лист), В.4 (двутавры с параллельными гранями полок) или В.5 (прочий фасон) СП 16 в ред. Изм. № 3 и № 5 по толщине каждого элемента. По сертификату — если сталь поставлена по другому стандарту: марка не определяет класс (09Г2С по ГОСТ 19281 бывает класса 265…375 в зависимости от толщины). Справочно, по таблице замены сталей СНиП II-23-81*: С245 заменяет ВСт3пс6, С345 — низколегированные стали по ГОСТ 19281 (в т. ч. 09Г2С) категорий 6, 7, 9, 12, 13, 15. Для точного расчёта берите Ryn и Run из сертификата.
Прокат В.3 — листовой, широкополосный универсальный, сортовой прокат и трубы. В.4 — двутавры с параллельными гранями полок (Б, Ш, К), классы С255Б…С440Б. В.5 — остальной фасонный прокат: уголки, швеллеры, двутавры с уклоном полок. Для фасонного проката толщина — толщина полки.
Класс прочности (ГОСТ 27772-2021)
Ryn — предел текучести, МПа
Run — временное сопротивление, МПа
γm — по табл. 3 СП 16 Табл. 3 СП 16 (ред. Изм. № 5): 1,025 — прокат со статистическим контролем свойств; 1,05 — остальной прокат и трубы; 1,1 — прокат без статконтроля при Ryn > 380, горячедеформированные трубы, прокат и трубы зарубежного производства с документом оценки соответствия; 1,0 — сооружения КС-1 с ограниченным сроком службы и пребыванием людей: шпунтовые ограждения, временные опоры (Изм. № 3 давало 1,2, Изм. № 5 заменило на 1,0).
Ry = Ryn / γm, МПа
Сварка
Способ сварки и положение шва Определяет коэффициенты проплавления βf и βz (табл. 39 СП 16): для ручной сварки 0,7 и 1,0; для автоматической с глубоким проплавлением — до 1,1 и 1,15 при малых катетах.
Тип электрода (марка проволоки) Rwf — расчётное сопротивление металла углового шва по табл. Г.2 СП 16. Сочетание электрода и стали проверяется по п. 14.1.8 — с Изм. № 5 только для стали с пределом текучести до 290 Н/мм²; рекомендуемые материалы — табл. Г.1.
Стыковое соединение
t1 — толщина первого листа, мм Напряжения считаются по меньшей толщине t = min(t1, t2). Расчётные сопротивления — по более слабому листу: у толстого проката того же класса Ry ниже (табл. В.3, примечание к табл. 4).
t2 — толщина второго листа, мм
l — полная длина шва, мм
Нагрузки на стык
N, кН Сила поперёк шва, по модулю; растяжение или сжатие выбирается ниже. 1 кН ≈ 102 кгс.
M, кН·м Изгибающий момент в сечении шва: σ = M / Ww. Плоскость изгиба задаётся ниже.
Q, кН Поперечная сила вдоль шва. Срез проверяется по наибольшему касательному напряжению прямоугольного сечения τmax = 1,5·Q/(t·lw); приведённые напряжения по ф. (44) (п. 14.1.15) — у кромок и на нейтральной оси.
Направление N
Плоскость изгиба В плоскости листа (стык стенки балки): Ww = t·lw²/6. Из плоскости листа (лист изгибается поперёк толщины): Ww = lw·t²/6.
Схема и соединение
Расчётная схема
Тип соединения (для табл. 38 и п. 14.1.9)
t1, мм Толщины свариваемых элементов. Более толстый (T) задаёт минимальный катет по табл. 38, более тонкий (t) — максимальный: kf ≤ 1,2·t.
t2, мм
kf — катет, мм Катет — это не толщина шва. Расчётная высота сечения по металлу шва βf·kf (0,7·kf при ручной сварке), по границе сплавления βz·kf.
Швы и нагрузка
Число участков
l — длина участка, мм Полная длина каждого непрерывного участка. В расчёт идёт l − 10 мм на каждый участок (п. 14.1.16): кратеры в начале и конце шва не работают.
N, кН
Швы и нагрузка
l — длина каждого из двух швов, мм Пластина (ребро, консоль) приварена к опоре двумя швами по обе стороны. Момент M — в плоскости пластины, перпендикулярно плоскости швов: Wf = 2·βf·kf·lw²/6 (ф. 178).
M, кН·м
Q, кН (вдоль швов)
N, кН (отрыв)
Труба и нагрузка
D — наружный диаметр трубы или стержня, мм Шов по контуру считается тонким кольцом толщиной βf·kf по наружному диаметру трубы: Wf = βf·kf·π·D²/4 (детали машин, Shigley табл. 9-2), с вычетом 10 мм на замкнутый шов (п. 14.1.16). Точная формула кольца даёт больше — от долей процента у больших труб до 10–15 % при D/kf < 10, — так что приближение идёт в запас.
M, кН·м (изгиб)
Q, кН (поперечная)
N, кН (вдоль оси)
T, кН·м (кручение)
Двутавр и нагрузка
h — высота сечения, мм Двутавр (консоль) приварен к опоре угловыми швами по всему контуру: снаружи и изнутри полок и по обе стороны стенки. Схема и формула момента инерции — Пособие к СНиП II-23-81 (ЦНИИСК, 1984), пример 1.
bf — ширина полки, мм
tf — толщина полки, мм
tw — толщина стенки, мм
M, кН·м Момент относительно оси x (перпендикулярно плоскости швов): τM = M/Wf, Wf = If/ymax, ymax = h/2 + kf.
Q, кН Допущение (обычная практика): поперечную силу воспринимают швы стенки, τQ = Q/(βf·kf·2hw). В примере Пособия поперечная сила не задана.
N, кН (отрыв)
Что подобрать
Тип соединения
t1, мм
t2, мм
Число участков
N, кН Сила, проходящая через центр тяжести группы швов (условный срез). Для уголков распределите усилие на обушок и перо — примерно 0,7 и 0,3 для равнополочных.
l — длина участка, мм
kf — катет, мм
Сечение шва
Тип шва
kf — катет, мм
s — толщина, мм
b — зазор, мм
c — притупление, мм
β — угол скоса кромки, °
g — выпуклость, мм Высота усиления (выпуклости) шва. Для угловых швов 1,1 мм воспроизводит нормы расхода сборника 30 «Сварочные работы» (ВСН 416-81) для соединения Т1 с точностью до 1 %.
Длина шва
Число участков
Длина участка, мм
Сортамент труб
Размер
D — наружный диаметр, мм
Число стыков
Расход электродов и стоимость
Группа электродов (ВСН 416-81) Коэффициент расхода K учитывает огарки, разбрызгивание и угар: масса электродов = масса наплавленного металла × K × поправка на положение шва.
Положение шва
Цена электродов, ₽/кг
γc — коэффициент условий работы По табл. 1 СП 16. Для большинства элементов 1,0; другие значения — для отдельных случаев по табл. 1. Отдельного «коэффициента запаса» в расчёте по СП 16 нет: надёжность уже заложена в расчётных сопротивлениях.
Заполните данные
—
Справка: табл. 38, 39 и Г.2 СП 16.13330.2017
Предварительный расчёт по СП 16.13330.2017 (с Изм. № 1–6), раздел 14.1. Не учитывает усталость, хрупкое разрушение, сейсмику и слоистые разрушения. Для ответственных конструкций расчёт выполняет и подписывает инженер-проектировщик.

Калькулятор прочности сварного шва выполняет расчёт сварного шва онлайн по СП 16.13330.2017 с изменениями № 1–6. Он проверяет стыковые и угловые швы на растяжение, срез и изгиб, а также подбирает катет сварного шва и длину под заданную нагрузку. Отдельная вкладка считает массу наплавленного металла и расход электродов.

Что считает калькулятор сварных швов

  • Стыковой шов — ф. (175) и приведённые напряжения по ф. (44) при совместном действии N, M и Q; учитываются выводные планки, физический контроль и неполный провар.
  • Угловой шов — срез по металлу шва и по границе сплавления, ф. (176)–(183): нахлёстка, тавр, консоль, труба к плите и двутавр по контуру.
  • Подбор катета и длины — наименьший катет или длина, при которых выполнены прочность, п. 14.1.7 и табл. 38.
  • Масса и длина шва — площадь наплавки угловых и стыковых швов, кольцевые швы труб, расход электродов по ВСН 416-81.

Сталь задаётся классом прочности и толщиной по таблицам В.3, В.4 и В.5 либо значениями Ryn и Run из сертификата.

Формулы расчёта сварного соединения

Стыковой: σw = N / (t·lw) ≤ Rwy·γc, lw = l − 2t без выводных планок Угловой, по металлу шва: N / (βf·kf·lw) ≤ Rwf·γc Угловой, по границе сплавления: N / (βz·kf·lw) ≤ Rwz·γc, Rwz = 0,45·Run Изгиб: M / Wf ≤ Rwf·γc; N + Q + M — векторная сумма, ф. (182)–(183)

Здесь kf — катет, lw — расчётная длина (минус 10 мм на каждый непрерывный участок), βf и βz — коэффициенты табл. 39; при ручной сварке 0,7 и 1,0. Определяющим становится сечение с большей загрузкой.

Электрод (табл. Г.2)Э42Э46Э50Э60Э70Э85
Rwf, МПа180200215240280340

Пример: расчёт углового шва на срез

Нахлёсточное соединение листов 10 мм из стали С255, два фланговых шва по 150 мм, катет 6 мм, ручная сварка электродами Э46, усилие 200 кН. Расчётная длина Σlw = 2·(150 − 10) = 280 мм.

По металлу шва τf = 200 000 / (0,7·6·280) = 170,1 МПа при Rwf = 200 МПа — загрузка 85,0 %. По границе сплавления τz = 119,0 МПа при Rwz = 0,45·380 = 171 МПа — 69,6 %. При 250 кН вкладка подбора даёт катет 7 мм с загрузкой 91,1 %.

Расчёт стыкового шва на растяжение

Лист 10 мм из С255, шов 300 мм без выводных планок, растяжение 500 кН. В расчёт идёт lw = 300 − 2·10 = 280 мм, напряжение σ = 178,6 МПа.

Без физического контроля Rwy = 0,85·Ry = 204 МПа и загрузка 87,5 %; с контролем Rwy = Ry = 240 МПа — 74,4 %. Выводные планки вернули бы всю длину: 81,7 %.

Катет сварного шва: минимум и максимум

Толщина T, мм (табл. 38)4–56–1011–1617–2223–3233–40
Двусторонние, нахлёсточные346101216
Односторонние358121622

Катет не превышает 1,2·tmin, на закруглённой кромке проката — 0,9t. Если тонкий элемент тоньше 0,6T, минимум берут по расчёту, но не более 1,2t. Длина углового шва — не меньше 4kf и 40 мм, фланговый работает не длиннее 85·βf·kf. Подробнее — в статье о катете сварного шва.

Изм. № 5 (2023) сузило п. 14.1.8: соотношение Rwf и Rwz проверяют только для стали с пределом текучести до 290 Н/мм², для С345 и прочнее электрод выбирают по табл. Г.1. Для временных сооружений КС-1 γm = 1,0 вместо прежних 1,2.
Масса наплавленного металла углового шва kf = 6 мм — 0,190 кг на метр: треугольник 18,0 мм² плюс выпуклость. Расход электродов III группы (K = 1,6) — 0,304 кг/м; в вертикальном положении ×1,12, в потолочном ×1,26.

Частые вопросы

Как рассчитать сварной шов на изгиб?

Момент делят на момент сопротивления расчётного сечения: для двух швов консоли Wf = 2·βf·kf·lw²/6. При одновременных M, Q и N напряжения складываются векторно. Моменты сопротивления профилей — в таблице сечений.

Какой катет нужен для листа 10 мм?

По табл. 38 минимальный катет двусторонних швов — 4 мм, односторонних — 5 мм, максимальный — 12 мм. Требуемый по нагрузке катет подбирает третья вкладка.

Как посчитать шов трубы к плите?

Шов по контуру считают тонким кольцом: Wf = βf·kf·π·D²/4 с вычетом 10 мм длины. Для трубы 89 мм и kf = 5 мм это 20 995 мм³, точная формула кольца даёт 22 695 мм³ — приближение в запас.

Чем металл шва отличается от границы сплавления?

По металлу шва срез идёт по сечению βf·kf с сопротивлением электрода Rwf, по границе сплавления — по βz·kf с Rwz стали. Калькулятор проверяет оба сечения.

Почему расчётная длина меньше фактической?

На концах шва непровар и кратеры, поэтому у углового шва вычитают 10 мм на участок, у стыкового без выводных планок — 2t.

Можно ли считать несущую способность для стали по сертификату?

Да: задайте Ryn, Run и γm по табл. 3 СП 16. Для двутавров с параллельными гранями полок выберите табл. В.4.

Калькулятор выполняет предварительный расчёт по СП 16.13330.2017 (раздел 14.1) для статической нагрузки. Усталость, хрупкое разрушение, сейсмика и слоистые разрушения не учитываются, а расход электродов — оценка по нормативной геометрии шва. Фактические значения могут отличаться; для ответственных конструкций расчёт выполняет и подписывает инженер-проектировщик.
Нормативные документы и источники
  1. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с изменениями № 1–6 (2018–2024).
  2. СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования».
  3. ГОСТ 27772-2021 «Прокат для строительных стальных конструкций».
  4. ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные».
  5. ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные».
  6. ВСН 416-81 «Общие производственные нормы расхода материалов в строительстве. Сборник 30. Сварочные работы».
  7. Пособие по расчёту и конструированию сварных соединений стальных конструкций (к СНиП II-23-81). ЦНИИСК им. Кучеренко, 1984.
  8. Горев В.В. (ред.) Металлические конструкции. Т. 1. Элементы конструкций. М.: Высшая школа, 2004.
  9. Budynas R., Nisbett J. Shigley’s Mechanical Engineering Design. 11th ed. McGraw-Hill, 2020.

Заказать товар

ООО «Иннер Инжиниринг»