Заказать звонок


все коммерческие предложения высылать на [email protected]
для оформления заявок [email protected]



Болты повышенной нормальной и грубой точности рассчитывают на


Работа и расчет болтовых соединений, выполненных на болтах грубой, нормальной и повышенной точности

Всоединениях, работающих на сдвиг (рис. 8.10), расчет ведут J на срез болта и на смятие болтами металла соединяемых элемен­тов. В соединениях, выполненных на болтах грубой, нормальной и повышенной точности, силы трения, возникающие при дей­ствии сдвигающих сил на соединение, не учитываются.

При расчете на растяжение (рис. 8.11) проводят расчет проч­ности на растяжение болтов, при этом учитывают площадь болта нетто (по диаметру нарезанной части).

Расчетное усилие Nb, которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формулам при работе:

на срез (8.7)

на смятие (8.8)

на растяжение (8.9)

Количество п болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

(8.10)

где Nmln — меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, взятое из условий прочности на срез или смятие (на растя­жение для растянутых болтов).

Расстояние между центрами болтов в любом направлении:

• минимальное 2,5d (для соединяемых элементов из стали с пределом текучести свыше 380 МПа — 3d);

• максимальное 8^/или 12?.

Расстояние от центра болта до края элемента:

• минимальное вдоль усилия 2d;

• минимальное поперек усилия, при обрезанных кромках ли­стов \,5d, прокатных кромках l,2d;

• максимальное Ad или 8/.

Расстояние от центра болта до края элемента для высокопроч­ных болтов:

• минимальное при любой кромке и любом направлении уси­ лия ,3d(d — диаметр отверстия для болта, t— толщина наиболее тонкого наружного элемента).

Для прикрепления прокатных элементов болтами (уголков, двутавров, швеллеров) необходимо определять расстояние до цен­тра отверстий (риски) по таблицам, приведенным в справочной литературе. Болты расставляются рядами или в шахматном поряд­ке.

Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 1588; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

helpiks.org

Вопрос 27. Виды болтов, применяемых в металлических конструкциях. Болтовые соединения. Заклепочные соединения. Болтовые соединения

В соединениях металлических конструкций применяют болты грубой и нормальной точности, повышенной точности, высокопрочные и анкерные.

Болты грубой, нормальной точности

Эти болты ставят и отверстия на 3 мм больше, чем диаметр болта, благодаря чему он легко устанавливается даже при небольшом несовпадении центров отверстий. Этим определяется преимущественное применение болтов грубой и нормальной точности в монтажных фиксирующих соединениях при работе на растяжения. При взаимном сдвиге соединяемых элементов эти болты дают довольно деформативное соединение, так как диаметр отверстий существенно больше диаметра болтов, поэтому их иногда называют черными.

Болты повышенной точности

Диаметр отверстий для этих болтов принимается равным их диаметру (без плюсовых допусков для болта и минусовых допусков для отверстия не допускается). Поверхность ненарезной части болта и поверхность отверстия должна быть гладкой. Болты в таких отверстиях «сидят» плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы; однако недостаточно сил, стягивающих пакет, ухудшает его работу по сравнению с соединениями на высокопрочных болтах или на заклепках.

Болты повышенной точности обеспечивают плотное малодеформативное соединение – их называют чистыми болтами. Сложность изготовления и постановки болтов повышенной точности привела к тому, что соединения на таких болтах применяется редко.

Высокопрочные болты

Изготовляются из углеродистой стали 35 или из легированных сталей 40Х , 40ХФА и 38ХС и термически обрабатывают уже в готовом виде. Высокопрочные болты, как и болты нормальной точности, устанавливают в отверстия диаметром на 3 мм большие, чем их диаметр, но их гайки затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать и контролировать большую силу натяжения болтов. Такая сила натяжения болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединенными элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.

Таким образам высокопрочный болт, работает на осевое растяжение, обеспечивается передачу сил сдвига трением между соединенными элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционными. Для увеличения силы трения поверхностей элементов в месте стыка очищает от грязи, масла, ржавчины, и окалины.

Анкерные болты

Применяют для крепления баз (башмаков) колонн и стоек к фундаментам.

Заклепочные соединения

Применяются с начала позапрошлого столетия; они надежно работают при статической и динамической нагрузках. Однако перерасход металла в соединениях и их большая трудоемкость по сравнению со сваркой ограничили область применения.

1 – замыкающая головка; 2 – закладная головка

1) – с полукруглой головкой; 2) – с потайной головкой; 3) – с полупотайной

Заклепки в стальных конструкциях различаются по форме закладной и замыкающей головок. Замыкающая головка образуется деформированием выступающей части стержня заклепки. Клепка может выполняться горячим и холодным способом.

При горячем способе замыкающая головка образуется в нагретом до температуры примерно 800-1000°С, стержне с помощью пневматического молотка.

При холодной клепке замыкающая головка образуется в ненагретом стержне при помощи мощных клепальных скоб. Сила, стягивающая пакет, при холодной клепке в 2-3 раза меньше, чем при горячей, так как пакет сжимается только усилием клепальной скобы; в процессе горячей клепки заклепка при остывании укорачивает и плотно стягивает пакет (растягивающие напряжения в заклепки достигают 10-15 кН/см.

В конструкциях из алюминиевых сплавов также применяют болты нормальной и повышенной точности. Их изготовляют из алюминиевых сплавов; форма и размеры их такие же, как и у стальных.

Высокопрочные болты для конструкций из алюминиевых сплавов изготовляют из стали. При постановке высокопрочных стальных болтов недопустим непосредственный контакт стали и алюминиевых сплавов, так как в местах соприкосновения возникает интенсивная электрохимическая корразия. В этих случаях шайбы высокопрочных болтов должны быть кадмированы или оцинкованы, а часть стержня болта, находящаяся в соединяемом пакете, обмотана изоляционной лентой (или кадмирован, или оцинкован весь болт).

studfiles.net

Расчет и конструирование болтовых соединений

12 мая 2016 г.

Работа на сдвиг является основным видом работы болтовых со­единений. При этом обычные болты (грубой, нормальной и повы­шенной точности) работают на срез, а стенки отверстий в соединя­емых элементах — на смятие (рисунки ниже). 

Болты 1 и 2-й групп при сплачивании работают на срез и смя­тие. Распределение продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, между болтами принимается равномерным. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом из условия прочности срезу, определяется по формуле

Nb = RbsAbnsγb; 

расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом на смятие:

N = Rbpγbd∑t;

при действии внешней силы, направленной параллельно продоль­ной оси болтов их работа происходит на растяжение (рисунок ниже). Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом при работе на растяжение:

N = RbtAbn

Схема работы обычных болтов

а — односрсзнос соединение; 6 — двухсрсзнос соединение; в — на растяжение; 1 — плоскость среза; 2 — смятие стенок отверстий

В формулах ниже Rbs, Rbp, Rbt — расчетные сопротивле­ния болтовых соединений срезу, смятию и растяжению (приведены в таблице); d— наружный диаметр болта; А = πd2 / 4 — рас­четная площадь сечения стержня болта; АЬn — площадь сечения бол­та нетто (по резьбе), таблица ниже; ∑t — наименьшая суммарная тол­щина элементов, сминаемых в одном направлении; ns — число рас­четных срезов одного болта; γb— коэффициент условий работы соединений, принимаемый по таблице СНиП, для болтов грубой и нор­мальной точности в многоболтовом соединении γb = 0,9, для болтов повышенной точности γb = 1,0.

Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов

Напряженное

Условное

обозначение

Расчетное сопротивление, МПа, болтов классов

4,6

5,6

8,8

Срез

Rbs

150

190

320

Растяжение

Rbt

175

210

400

.

.

.

.

.

.

Расчетные сопротивления смятию элементов, соединяемых болтами

Временное сопротив­ление ста­ли соеди­няемых элементов, МПа

Расчетное сопротив­ление, МПа, смятию элементов, соеди­няемых болтами

Временное сопротив­ление ста­ли соеди­няемых элементов, МПа

Расчетное сопротив­ление, МПа, смятию элементов, соединяе­мых болтами

повы­

шенной

точности

грубой и нормаль­ной точ­ности

повы­

шенной

точности

грубой и нормаль­ной точ­ности

370

495

450

470

720

645

380

515

465

480

745

670

390

535

485

490

770

690

440

650

585'

500

795

710

450

675

605

510

825

735

460

695

625

520

850

760

Площади сечения болтов

d, мм

16

18*

20

22*

24

27*

30

36

40

Аb см2 Аbn см2

2,01

1,57

2,54

1,92

3,14

2,45

3,80

3,03

4.52

3.52

5,72

4,59

7,06

5,60

10,17

8,16

13,85

11,20

* Болты указанных диаметров применять не рекомендуется

Необходимое количество n болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле:

n ≥ N / γcNbmin

где Nbmin — меньшее из значений расчетных усилий для одного бол­та, вычисленных на смятие, срез, растяжение по формулам ниже; γc — коэффициент условий работы.

Решающее значение в работе соединения на высокопрочных болтах имеют сила натяжения болта и качество поверхностей тре­ния.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой по­верхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высо­копрочным болтом (рисунок ниже), определяют по формуле

Qbn = RbnγbAbnμ / γh

где Rbh = 0,7Rbun — расчетное сопротивление растяжению высоко­прочного болта (Rbun — наименьшее временное сопротивление ма­териала болта, таблице ниже); γb — коэффициент условий работы соеди­нения, зависящий от количества болтов, необходимых для восприя­тия расчетного усилия, и принимаемый равным: 0,8 при n < 5; 0,9 при 5 ≤ n < 10; 1,0 при n ≥ 10; Аbn—площадь сечения болта нетто по таблице ниже; μ — коэффициент трения, зависящий от характера обра­ботки поверхностей соединяемых элементов, принимаемый по таблице ниже; γh — коэффициент надежности, зависящий от вида нагрузки (статическая или динамическая), способа регулирования натяжения болтов и разности номинальных диаметров отверстий и болтов, при­нимаемый по таблице ниже.

Схема работы соединения на высокопрочных болтах

Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольного усилия определяют по формуле:

n ≥ N / Qbhγck

где k — количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Натяжение высокопрочных болтов производят осевым усили­ем Р = RbhAbn (рисунок ниже).

Количество болтов по одну сторону стыка в рабочем элементе конструкции принимается, как правило, не менее двух. В стыках и узлах прикреплений (для экономии материала накладок) расстоя­ние между болтами должно быть минимальным. В слабоработающих (связующих, конструктивных) соединениях расстояние долж­но быть максимальным, чтобы уменьшить число болтов.

Диамер болтов d, мм

Нормативное временное сопротивление Rbun материала болтов из сталей, МПа

40Х «селекг»

38ХС «селект»

ЗОХЗМФ

35Х2АФ

16-27

1100

1350

1550

30

950

1200

1200

36

750

1100

42

650

1000

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Способ обработки (очистки) соединяе­мых поверхностей

Способ

регули­

рова­

ния

натя­

жения

болта

μ

Коэффициент у/, при нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов 8, мм

динамиче­ской, при

 δ = 3-6; статической, при  δ = 5-6

динамической, при δ=1; статической, при  δ = 1-4

Пескоструйный или дробеметный двух поверхностей

М*

0,58

1,35

1,12

а*

0,58

1,20

1,02

То же, с консервацией металлизацией цинком или алюминием

М

0,50

1,35

1,12

а

0,50

1,20

1,02

Пескоструйный или дробеметный одной поверхности с консер­вацией полимерным клеем и посыпкой кар­борундовым порошком, стальными щетками без консервации — другой поверхности

М

0,50

1,35

1,12

а

0,50

1,20

1,02

Газопламенный двух поверхностей

М

0,42

1,35

1,12

а

0,42

1,20

1,02

Стальными щетками двух поверхностей

М

0,35

1,35

1,17

а

0,35

1,25

1,06

Без обработки

М

0,25

1,70

1,30

а

0,25

1,50

1,20

Примечание. М— регулирование натяжения по моменту закручивания; а — то же, по углу поворота гайки.

Размещение болтов в листах и прокатных профилях может быть рядовое и в шахматном порядке. Линии, проходящие по центрам отверстий, называют рисками. Расстояние между рисками вдоль уси­лия называют шагом, а поперек усилия — дорожкой (рисунок ниже).

Размещение отверстий

а — в листовом материале; б — в прокатных профилях; 1 — риски; l— шаг; е— дорожка

Минимальные расстояния между центрами болтов в стальных кон­струкциях определяются условием прочности основного металла, мак­симальные расстояния — условиями устойчивости соединяемых эле­ментов в промежутке между болтами или заклепками при сжатии.

ros-pipe.ru

Болтовые соединения

Болты нормальной и повышенной точности отличаются от болтов грубой точности более высоким качеством обработки поверхности, не влияющим на расчетные характеристики прочности соединения. Это обстоятельство необходимо учитывать, так как взаимозаменяемость болтов возможна.

В соединениях на болтах обычной прочности усилия от одного элемента к другому передаются за счет работы кромок отверстий на смятие и стержня болта на срез. Различают соединения на высокопрочных болтах двух видов: сдвигоустойчивые и с несущими болтами.

В подготовку стыкуемых поверхностей входит, как всегда, их очистка от грязи, ржавчины, снега, льда, масла и пыли. Кроме того, необходимо спилить напильником или срубить зубилом заусеницы на кромках деталей и отверстий, а также тщательно выправить неровности, вмятины, погнутости деталей соединения, которые могли возникнуть во время транспортировки конструкций, при их погрузке или разгрузке. Без выполнения этих работ обеспечить плотное взаимное соприкосновение всех деталей стыка невозможно.

На объекте проектное расположение монтируемых элементов достигают совмещением всех отверстий с помощью проходных оправок, диаметр цилиндрической части которых должен быть на 0,2 мм меньше диаметра отверстий. С помощью кувалды оправку забивают в отверстия, при этом коническая часть упирается в кромки отверстий, которые по мере перемещения оправки в глубь пакета совмещаются. Часть отверстий (не менее 10%) должна быть заполнена пробками, которые служат для фиксации взаимного расположения соединяемых элементов и предупреждения их сдвига. Поэтому длина цилиндрической части пробки должна быть больше суммарной толщины всех деталей собираемого элемента (толщины пакета), а длина конической части обеспечивает только удобства установки пробки в отверстия. Когда пробки установлены, оправки можно извлечь.

Стяжка пакета соединяемых деталей производится сборочными болтами, которые устанавливают в каждое третье отверстие, но не дальше, чем через 500 мм. Болты затягивают до отказа и после установки смежного болта дополнительно подтягивают.

Требуемая плотность собираемого пакета достигается только в том случае, если при установке каждого болта будет обеспечена возможность последовательного устранения неплотности в стыке. Часто это может быть достигнуто установкой болтов от центра стыка к краям. В определенных конструктивных решениях стыков таков порядок невозможен, тогда применяют иную систему установки болтов – от края к середине узла.

Если очередность затяжки болтов неправильная, устранить неплотности невозможно, так как свободному горизонтальному перемещению стыков элементов будут препятствовать силы трения от натяжения ранее поставленных болтов.

Обычно при сборке соединения неизбежна различная степень взаимного смещения отверстий, происходит это из-за неточности расположения отверстий. Такое смещение отверстий называется чернотой. Отверстия, выполненные на заводе-изготовителе на меньший диаметр, на монтажной площадке доводят до проектных размеров рассверливанием, одновременно ликвидируя тем самым черноту.

После рассверливания и прочистки отверстий, свободных от сборочных болтов, последние развинчивают, последовательно переставляют в подготовленные отверстия проектного диаметра и рассверливают освободившиеся отверстия. Тогда только приступают к постановке постоянных болтов.

Гайки постоянных и временных болтов завертывают ручными коликовыми ключами, обычными или трещоточными. Ключи с трещотками, имеющие рабочий ход только в одном направлении, удобнее, так как их не нужно снимать и переставлять после каждого поворота.

Отличительная особенность монтажных ключей в том, что они имеют с одной стороны зев для гайки определенного размера, а с другой коническую часть – колик, который служит оправкой при совмещении отверстий собираемых деталей или конструкций.

В сдвигоустойчивых соединениях не происходит взаимного смещения соединяемых элементов, действующие усилия воспринимают только силы трения, а сами болты непосредственного участия  в передаче усилий не принимают. В этом состоит их принципиальное отличие от соединений с болтами нормальной и повышенной точности.

В соединениях на несущих высокопрочных болтах на ряду с силами трения в передаче усилий участвуют и сами болты, которые вступают в работу аналогично другим болтовым соединениям после того, как действующие усилие преодолеет силы трения, произойдет сдвижка соединяемых деталей и гладкая часть стержня болта начнет контактировать с кромками отверстий соединяемых деталей. Ввиду большой механической прочности болта несущую способность таких соединений лимитирует не срез стержня, а смятие отверстия. Из этого очевидна зависимость: чем больше толщина элементов пакета, тем большая нагрузка может быть воспринята болтом. Наличие двух факторов – трения и смятия кромки отверстия – повышает несущую способность болта в 1,5 -2 раза по сравнению с болтом в сдвигоустойчивых соединениях и снижает соответственно число необходимых болтов и стоимость самого соединения.

Как правило, на болтах грубой и нормальной точности собирают малоответственные конструкции – фонари, площадки, лестницы, неответственные связи; на болтах повышенной точности – все остальные конструкции, а на высокопрочных болтах – конструкции с тяжелым режимом работы. Примером использования высокопрочных болтов могут служить монтажные соединения подкрановых балок больших пролетов для мостовых кранов.

Монтаж соединений на болтах обычной прочности состоит из следующих операций: подготовки стыкуемых поверхностей; совмещения отверстий под болты; стягивания пакета (соединяемых деталей стыка); рассверливания отверстия до проектного диаметра, если на заводе они были выполнены на меньший диаметр.

Болтовое монтажное соединение должно иметь не менее двух отверстий. В одно из них сначала вставляют колик ключа для совмещения другого отверстия, в которое устанавливают болт, и затягивают его. После этого ключ извлекают и в освободившееся отверстие вставляют второй болт. Для надежной работы болтового соединения гайки закручивают, создавая в болтах натяжение 1,7 МПа.

Под головки и гайки постоянных болтов обязательно ставят шайбы (не более двух под одну гайку и одной под головку). В местах примыкания головки или гайки к наклонным поверхностям ставят косые шайбы. Резьба болта должна находиться вне отверстия соединяемых элементов, а гладкая часть стержня не должна выступать из шайбы.

Обязательное требование: головки и гайки болтов должны плотно соприкасаться с плоскостями элементов конструкций. На каждом болте со стороны гайки должно оставаться не менее трех ниток с полным профилем резьбы.

Проверка качества затяжки болтов проводится простукиванием их молотком массой 0,3 – 0,4 кг. Если болт дрожит или смещается, значит, он затянут плохо. Плотность затяжки деталей проверяют щупом толщиной 0,3 мм, который не должен входить между собранными деталями более чем на 20 мм.

Монтажное соединение на высокопрочных болтах имеет некоторые особенности, связанные с подготовкой соединяемых поверхностей под стыковку и способом натяжения болтов.

В условиях стройплощадки соединяемые поверхности подготавливают газопламенной очисткой или обработкой стальными щетками.

Огневую очистку производят специальными многопламенными горелками. Благодаря высокой температуре пламени (до 1800 гр.С) происходит быстрое нагревание и температурная деформация поверхностного слоя обрабатываемой детали, в результате чего окалина и ржавчина отслаиваются, грязь и жир сгорают.

Поверхности, обработанные огневым способом, очищают от продуктов сгорания и отслоившейся окалины стальными щетками и чистой ветошью, после чего приступают к сборке соединения. Разрывы во времени между окончанием подготовки и установкой болтов не должны превышать 4-6 ч, так как с увеличением времени снижается надежность контакта обработанных поверхностей.

Перед постановкой болты и гайки помещают в решетчатую тару и опускают в кипящую воду для очистки от заводской консервирующей смазки, затем – в ванну со смесью 15% минерального масла и 85% бензина.

Надежная работа соединений на высокопрочных болтах может быть обеспечена только при стабильном натяжении всех болтов. В условиях монтажной площадки определение усилия натяжения практически невозможно, поэтому принята методика косвенной оценки усилия натяжения через величину крутящего момента Мкр, который необходимо приложить к гайке для получения заданного натяжения болта.

Зависимость между крутящим моментом и натяжением болта Р определяется зависимостью

                                          Мкр=kPd

где k – коэффициент закручивания болта; d – номинальный диаметр болта, м.

Значение коэффициента закручивания зависит от качества болтов, гаек и шайб и в среднем составляет 0,14 – 0,22.

Натяжение по крутящему моменту выполняют сначала гайковертом на 70-80 % проектного усилия с последующей затяжкой динамометрическим ключом.

Конструкции ключей можно разделить на два типа: индикаторные и предельного момента. Индикаторные ключи показывают величину прикладываемого момента, а ключи предельного момента срабатывают при достижении крутящим моментом заданной величины.

На конце рукоятки индикаторного ключа закреплена головка с закрытым зевом. К головке приварена планка с неподвижным язычком прямоугольного сечения. Между рукояткой ключа и язычком есть зазор 2-3 мм, благодаря которому при изгибе рукоятки язычок остается неподвижным. К рукоятке ключа жестко прикреплен индикатор часового типа, измерительный стержень которого касается язычка. При завертывании гайки рукоятка ключа под действием усилия, приложенного к его концу, изгибается, в результате чего уменьшается расстояние между верхней кромкой рукоятки и язычком. Изменение этого расстояния на 1мм фиксирует индикатор с ценой деления 0,01 мм. Зависимость между крутящим моментом и показаниями индикатора определяют по тарировочному устройству или тарировочному графику.

Требования к качеству затяжки болтов. Специфика соединений на высокопрочных болтах требует тщательного контроля усилия натяжения болтов. Выборочной проверке подлежат 25% болтов в соединении, а при их количестве 5 шт и менее контролируют все болты. Отклонение фактического крутящего момента от расчетного не должно превышать 0+20%.

При обнаружении хотя бы одного болта, натяжение которого не отвечает указанному требованию, контролю подлежат все болты в соединении, и натяжение каждого должно быть доведено до требуемой величины. Результаты проверки регистрируют в журнале установки высокопрочных болтов.

Помимо проверки фактического натяжения болтов тарированными ручными ключами или по углу поворота контроль осуществляют проверкой плотности пакета щупом толщиной 0,05 мм, который не должен проникать в глубь пакета против установленных высокопрочных болтов. После контроля головки болтов окрашивают.

Метизы оптом - это выгодно не только для крупных предприятий, но и небольших частных фирм!

Ознакомится с ассортиментом и ценами, Вы сможете на нашем сайте

Оформить заявку можно здесь

www.ds78.ru

Классификация обычных болтов.работа и расчет соединений на болтах грубой и нормальной точности

Болты грубой и нормальной точности

Различаются допусками на отклонения диаметра болта от номинала. Для болтов грубой и нормальной точности отклонения диаметра могут достигать соответственно 1 мм и 0,52 мм (для болтов d ≤. 30 мм). Изготовляют болты из углеродистой стали горячей или холодной высадкой, иногда с последующей термообработкой. В зависимости от процесса изготовления различают несколько классов прочности болтов от—4,6 до 8.8 (табл. 6.1). Класс прочности болтов обозначен числами. Первое число, умноженное на 10, обозначает временное сопротивление (σв, кгс/мм2), а произведение первого числа на второе — предел текучести материала (σт, кгс/мм2) .

Болты в соединении ставят в отверстия на 2—3 мм больше диаметра болта, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах. В результате неполного совпадения отверстий в отдельных элементах отверстие под болт имеет негладкую поверхность — «черноту» (тип С), что исключает плотную посадку болта в отверстие. Разница в диаметрах болта и отверстия облегчает посадку болтов и упрощает образование соединения; это большое преимущество таких болтов. Однако неплотная посадка болта в отверстии повышает деформативность соединения при работе на сдвиг и увеличивает неравномерность работы отдельных болтов в соединении. Поэтому болты нормальной (и особенно грубой) точности не рекомендуется применять в конструкциях из стали с пределом текучести больше 380 МПа и в ответственных соединениях, работающих на сдвиг. Они находят широкое применение в монтажных соединениях, где болты работают на растяжение или являются крепежными элементами. Работа на сдвиг является основным видом работы большинства соединений, причем в разных соединениях она имеет свои особенности.

В соединениях на болтах с неконтролируемой силой затяжки гайки грубой, нормальной и повышенной точности, силы стягивания пакета болтами, а следовательно, и развивающиеся силы трения между соединяемыми элементами при действии сдвигающих сил на соединение неопределенны и в большинстве случаев недостаточны для полного восприятия этих сдвигающих сил. Работу такого соединения можно разбить на четыре этапа (рис. 6.3). На 1-м этапе, пока силы трения между соединяемыми элементами не преодолены, сами болты не испытывают сдвигающих усилий и работают только на растяжение, все соединение работает упруго. Так работают сдвиго - устойчивые соединения на высокопрочных болтах. При увеличении внешней сдвигающей силы, силы внутреннего трения оказываются преодоленными и настукает 2-й этап —сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отверстия и стержнем болта. На 3-м этапе сдвигающее усилие в основном передается давлением поверхности отверстия на стержень болта; стержень болта и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается, так как головка и гайка препятствуют свободному изгибу стержня. Постепенно плотность соединения расстраивается, силы трения уменьшаются, и соединение переходит в 4-й этап работы, характеризующийся его упругопластической работой. Разрушение соединения происходит от среза болта, смятия и выкала одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта. Работа эта сильно осложнена неправильностью формы болта и стенки отверстия, поэтому расчет соединения носит условный характер.

Различают также работу одноболтового и многоболтового соединения. В многоболтовом соединении эти же неправильности формы болта и отверстия, а также возможные зазоры между болтом и отверстием неизбежно приводят к неравномерной работе отдельных болтов соединения, что учитывают соответствующим назначением коэффициента условий работы соединения. Расчет ведут исходя из возможного вида разрушения соединения по срезу болта при толстых соединяемых листах или по смятию поверхности отверстия при тонких листах: а) расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по срезу: ,где —расчетное сопротивление болтов срезу (табл. 6.1); — коэффициент условий работы соединения. Для болтов грубой и нормальной точности в многоболтовом соединении =0,9, для болтов повышенной точности =1; Aσ=πd2 / 4— площадь сечения болта по ненарезной части, d — диаметр стержня болта; — число расчетных срезов одного болта (рис.);

б) расчет болта на смятие носит условный характер, так как в местах передачи усилия с болта на соединяемые листы отмечается сложнонапряженное состояние .

Если внешняя сила, действующая на соединение, направлена параллельно продольной оси болтов, то они будут работать на растяжение. При статической работе такого соединения качество отверстий и поверхности болта не играет никакой роли и болты нормальной и повышенной точности работают на растяжение одинаково (их расчетные сопротивления равны).

Работа и расчет соединений при вибрационной нагрузке. В соединениях, работающих на вибрационную нагрузку, применяют заклепки или высокопрочные болты. При непрерывной повторной вибрационной нагрузке соединение работает упруго, так как размер изменения усилий обычно меньше значения сопротивлений трения. Упругая работа соединения не способствует выравниванию усилий между болтами соединения, и крайние болты работают сильнее средних. Отверстия в соединении и сложнонапряженное состояние материала около отверстий способствуют концентрации напряжений и появлению пиковых напряжений. Оба эти явления понижают вибрационную прочность соединения по сравнению с вибрационной прочностью основного материала вне соединения и создают условия для проявления усталости металла. Реже разрушаются от усталости заклепочные или болтовые стержни. Они разрушаются в местах концентрации напряжений, т. е. в местах примыкания стержня к головке или в средней, обминаемой краями листа части стержня. Снижение вибрационной прочности соединения учитывают снижением расчетного сопротивления материала (см. гл. 3).

Page 2

Современные типовые решения стропильных ферм имеют несколько видов. Остаются типовые решения со стержнями из двух прокатных уголков, имеются трубчатые ферм, у которых пояса и решетка выполняются из электросварных труб. Толщину стенки труб поясов рекомендуется принимать не менее 1/45-1/50 диаметра и, как правило, на 1—2 мм больше минимальной толщины, принимаемой для трубчатых стержней решетки. Трубчатые фермы используются при строительстве башен, мачт, кранов открытых эстакад и т. п.

Большим преимуществом трубчатых стержней является их хорошая обтекаемость. Благодаря обтекаемости ветровые давления на них меньше, на них мало задерживаются грязь и влага, поэтому они более стойки против коррозии, их легко очищать и окрашивать, что также повышает долговечность. Сопряжение трубчатых стержней в узлах представляет сопредельные трудности.

На заводе серийно изготовляются стропильные фермы из замкнутых гнутосварных профилей (ЗГСП) прямоугольного сечения. Профили изготовляются из листа толщиной от 3 до 8 мм.

Прямоугольные профили в конструктивном отношении лучше круглых, так как сопряжение стержней в узлах и прикрепление к фермам различных элементов, прогонов, панелей, связей и т. п. проще. Фермы, несущие значительные нагрузки, можно изготовлять с поясами из широкополочных двутавров и решеткой из уголков или замкнутых гнутосварных профилей. Широкополочные двутавры особенно эффективны в верхних поясах ферм, когда они кроме сжимающих усилий воспринимают изгибающие моменты от прогонов или кровельных панелей.

Разработаны также конструкции ферм с поясами из тавров, получаемых путем продольной разрезки широкополочных двутавров или сваркой из двух стальных полос (рис. 9.13, з ). Тавровое сечение поясов позволяет очень просто конструировать узлы, особенно при решетке из одиночных уголков. Находят применение в стержнях легких ферм сечения из двух уголков с расставленными вертикальными полками (рис. 9. 13, и, к), из уголков замкнутого сечения (рис. 9.13, м), из швеллеров (рис. 9.13, о) и др.

В каждом отдельном случае применение стержней с такими сечениями определяется условиями работы конструкции, ее изготовления, наличием сортамента и т. п. Подбор сечений сжатых стержней начинается с определения требуемой площади по формуле Атр = Nφ /Rγ , γ — коэффициент условия работы принимается по прл. 13; формула содержит два неизвестных: требуемую площадь Атр и коэффициент продольного изгиба φ, который является функцией гибкости. , где Ɩ0 — расчетная длина стержня; i = — радиус инерции сечения, в свою очередь зависящий от площади А. Эти параметры обычно задаются гибкостью стержня, учитывая степень загружения и характер его работы. По заданной гибкости находят соответствующую величину φ и площадь А по формуле.При предварительном подборе для поясов легких ферм можно принять λ=80-60 и для решетки λ= 120-100. Требуемую площадь нетто сечения растянутого стержня фермы из стали с отношением 0,85А либо по условной площади Aс=1,18 Ап при An 4 в формулах табл.30 следует принимать соответст.λ=0,8 или =4.

Page 5

На долю угловых швов приходится около 90% выполняемых свароч­ных работ. Хотя прочность угловых швов несколько меньше прочности стыковых, они не требуют разделки коомок и, как следствие, менее тру­доемки .

Расчетная длина углового сварного шва должна быть не менее 4kfH не менее 40 мм. Для флангового шва расчетная длина должна быть не более 85pfkf(pf— см. п. 21.4.2), за исключением швов, в которых усилие дей­ствует на всем протяжении шва.

В зависимости от ориентации углового шва относительно линии дей­ствия внешнего усилия швы могут быть лобовыми или фланговыми (рис. 25.4). Лобовые угловые швы при работе на срез обладают большей прочностью, чем фланговые, на 15—25 %. Однако эта особенность в нор­мах не учитывается, и значения расчетного сопротивления углового свар­ного шва ^установлены применительно к фланговым швам.

Расчет сварных соединений с угловыми швами при действии продоль­ных или поперечных сил делают на срез по двум сечениям (рис. 25.8):

по металлу шва (сечение 1)

и по металлу границы сплавления (сечение 2)

где kf — катет шва; lw — расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм; βf и βz — коэффициенты, зависящие от вида сварки, диаметра сварочной проволоки, катета шва и предела текучести стали (табл. 25.3) — при сварке стальных элементов с пределом текуче­сти Rуп> 580 МПа, βf = 0,7 и βz=1; γωf и γωz — коэффициенты условий работы шва, равные 1, кроме климатических районов с наружными тем­пературами ниже -40°С, где γωf=0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением Rωun=410 МПа и γωz=0,85 — для всех сталей; γc — коэффициент условий работы; Rωf — расчетное сопротивление металла шва (принимается по табл. 56 [20]) и Rωz — расчетное сопротивление зоны сплавления (принимается равным 0,45 Run).

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования

(0.001 с)

...
Page 6

Колонны состоят из трех основных частей, выполняющих опреде­ленную функцию: оголовка, стержня и базы — башмака (рис. 29.1). Ко­лонны выполняют сплошными или сквозными. Сплошные колонны ча­сто имеют составное двутавровое сечение (рис. 29.1, а).

Сквозные колонны состоят чаще всего из двух ветвей (рис. 29.1, б, в). Ветви сквозных колонн проектируют из швеллеров или двутавров. База колонны (рис. 29.1, г, д,ё) включает опорную плиту, траверсы, ребра жесткости и анкерные болты.

Оголовки колонн состоят из опорных плит, центрирующих пластин и ребер жесткости (рис. 29.1, я, б, в). Горизонтальный опорный лист оголовка подкрепляют ребрами жесткости, которые одновременно спо­собствуют включению в работу всего расчетного сечения колонны. Для центрирования нагрузки к опорному листу приваривают центрирующие пластины, ширина которых не превышает 100 мм.

Прочность и устойчивость колонн проверяют по формулам

(29.1)

(29.2)

где N— расчетное усилие, равное сумме опорных давлений балок, опи­рающихся на колонну; (φ — коэффициент продольного изгиба, определя­емый по формулам (28.12) — (28.14) или по табл. 72 [20] в зависимости от большей из гибкостей: λx=lx/ix и λy=ly/iy; lхиlу — расчетные длины колонны.

Учитывая, что балки свободно опираются на колонны и соединение базы с фундаментом за счет изгиба опорной плиты не создает защемле­ния, концы колонны считаются шарнирно закрепленными. При этих ус­ловиях lx=ly=H, где Н— высота колонны. Гибкость колонны не должна превышать предел гибкости

[λ]=180-160α (29.3)

где α=N/(φARyγc)- коэффициент, принимаемый не менее 0,5.

Прочность и устойчивость сквозных колонн (рис. 29.1,6, в) проверя­ют по формулам (29.1) и (29.2).

При проверке устойчивости колонны в плоскости, параллельной плос­кости расположения решеток или планок, пользуются приведенной гиб­костью, определяемой

а)для колонн с решетками

(29.7)

где λx=lх/iх — гибкость относительно оси x, определяемая как для колон­ны со сплошным сечением; А — общая площадь сечения ветвей колон­ны; Ad — площадь сечения двух раскосов решетки; а1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от угла наклона решетки α (рис. 29.1, б):

(29.8)

б) для колонн с планками по формулам

(29.9)

(29.10)

где λx=lх/iх; — радиус инерции, определяемый как для сплошного сечения; λ1=l1/i1 — гибкость ветви колонны ( рис. 29.1, в);l1 — расстояние между планками; —радиус инерции сече­ния одной ветви; Js— момент инерции сечения планки (рис. 29.1, в, сечение 1-1); n= J1c/(Jsl).

Устойчивость колонны в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения решеток и планок, проверяют так же, как и для сплошных колонн (так называемая устойчивость относительно материальной оси «у» — эта ось называется материальной, так как она проходит через мате­риал ветвей колонны, ось «х» называется свободной, поскольку она не проходит через материал ветвей колонны). Гибкость колонны не должна превышать величины, определяемой по формуле (29.3).

Планку рассчитывают как элемент безраскосной фермы на срезыва­ющую силу, определяемую по формуле

(29.11)

где Qfic – условная поперечная сила, определяемая по формуле

(29.12)

Чтобы подобрать поперечное сечение колонны с решетками, опреде­ляют требуемую площадь одной ветви из условия устойчивости в плос­кости, перпендикулярной плоскости расположения решеток (иначе гово­ря, относительно материальной оси):

Значение коэффициента φ в качестве первого приближения прини­мают 0,75. Вычислив требуемую площадь сечения ветви и определив по сортаменту номер профиля, устанавливают его радиус инерции относи­тельно материальной оси, определяют гибкость стержня λу, коэффици­ент продольного изгиба и проверяют колонну на устойчивость по форму­ле (29.2). В зависимости от результата этой проверки изменяют приня­тое сечение в большую или меньшую сторону.

Расстояние с между осями ветвей сечения колонны должно быть выбрано так, чтобы соблюдалось условие

(29.17)

Размер с может быть найден следующим образом. Из (29.17) для колонн на планках

(29.18)

откуда

(29.19)

Гибкость ветви λ1 назначают в пределах 30—40, а затем обеспечива­ют ее реализацию путем соответствующего выбора расстояния между планками l1 (рис. 25.1, в):

(29.20)

где i1 — радиус инерции сечения ветви относительно оси 1 (рис. 29.1, б).

При раскосной решетке можно принять λх≈λу или, если предвари­тельно назначить сечение раскосов, более точно из (29.7) и (29.17)

(29.21)

Определив требуемую гибкость относительно свободной оси «х», можно установить, какой должен быть радиус инерции относительно этой оси и далее найти расстояние между ветвями и далее найти расстояние между ветвями

(29.22)

Это расстояние нужно согласовать с конструктивным ограничением величины зазора в свету между ветвями — не менее 100 мм для возмож­ности очистки и окраски внутренних поверхностей конструкции — и при необходимости увеличить его.

Page 7

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров) , связанных между собой решетками (рис. 8.4,а—в). Ось, пересекающая ветви, называется материальной; ось, параллельна я ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня. Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь (рис. 8.4, а), так как в этом случае решетки получаются меньшей ширины, и лучше используется габарит колонны. Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или сварных двутавров (рис. 8.4 в).

Рис. 8.4. Сечения сквозных стержней

Рис. 8.5. Типы решеток сквозных стержней

Рис. 8.6. Расположение решеток в четырех плоскостях

Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэтому их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных решетками в четырех плоскостях (рис. 8.4, г) . Такие стержни при небольшой площади сечения обладают значительной жесткостью. Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов (рис. 8.5, а), из раскосов и распорок (рис. 8.5,6) и безраскосного типа в виде планок (рис. 8.5, в).

В случае расположения решеток в четырех плоскостях (рис. 8.4, г) возможны обычная схема (рис. 8.6, а) и более экономичная треугольная схема «в елку» (рис. 8.6,6) .Треугольные решетки, состоящие из одних раскосов (рис. 8.5, а) , или треугольные с дополнительными распорками (рис. 8.5, б) являются более жесткими, чем безраскосные, так как образуют в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой при изгибе работают на осевые усилия, однако они более трудоемки в изготовлении. Планки (рис. 8.5, в) создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой.

Для составных сжатых стержней, ветви которых соединены планками или решетками, коэффициент ф относительно свободной оси (перпендикулярной плоскости планок или решеток) должен определяться по формулам (8) - (10) с заменой в них л на! „,. Значение л следует определять в зависимости от значений л,*, приведенных в табл. 7.

В составных стержнях с решетками помимо расчета на устойчивость стержня в целом следует проверять устойчивость отдельных ветвей на участках между узлами. Гибкость отдельных ветвей Х1 Х2, и на участке между планками должна быть не более 40.

При наличии в одной из плоскостей сплошного листа вместо планок (рис. 2, б, в) гибкость ветви должна вычисляться по радиусу инерции полусечения относительно его оси, перпендикулярной плоскости планок.

В составных стержнях с решетками гиб­кость отдельных ветвей между узлами должна быть не более 80 и не должна превышать приведенную гибкость ЛеГ стержня в целом.

Допускается принимать более высокие значе­ния гибкости ветвей, но не более 120, при условии, что расчет таких стержней выполнен по деформированной схеме.

Расчет составных элементов из уголков, швеллеров и т. п., соединенных вплот­ную или через прокладки, следует выполнять как сплошно стенчатых при условии, что наибольшие расстояния на участках между приваренными планками (в свету) или между центрами крайних болтов не превышают: для сжатых элементов - 40 /; для растянутых элементов - 80 / Здесь радиус инерции / уголка или швел­лера следует принимать для тавровых или двутавровых сечений относительно оси, параллельной плоскости расположения про­кладок, а для крестовых сечений - минималь­ный. При этом в пределах длины сжатого элемента следует ставить не менее двух прокладок.

Page 8

При проектировании строительных конструкций следует учитывать нагрузки и воздействия на стадиях возведения и эксплуатации сооружений, а в необходимых случаях и при изготовлении, хранении и транспортировании конструкций.

Установленные нормами величины внешних воздействий (нагрузок) называются нормативными нагрузками и воздействиями.

Опасность превышения, а в отдельных случаях уменьшения нагрузок и воздействий по сравнению с нормативными значениями вследствие изменчивости нагрузок учитывается введением к нормативным нагрузкам множителя — коэффициента надежности по нагрузке γf .

Нагрузка, равная по величине произведению нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке γf, называется расчетной нагрузкой.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяют на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).

Нагрузки и воздействия:постоянные- вес строительных конструкций; вес и давление грунтов; воздействие предварительного на­пряжения и др.

Временные: длительные- вес оборудования; давление газов, жидких и сыпучих тел; нагрузка от одного крана с коэффициентами 0,5-0,7 в зависимости от группы режимов работы кранов; нагрузка на перекрытие зданий с коэффициентами 0,2-0,5; снеговая нагрузка с коэффициентами 0,3-0,6 и др.; кратковременные- вес людей, нагрузка от кранов, временного оборудования, снега, ветра и др.; сейсмические-сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки при авариях, неравномерной просадке грунтов при замачивании и др.

К постоянным нагрузкам относятся: нагрузка от постоянных частей зданий и сооружений, вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление, воздействие предварительного напряжения конструкций.

К временным длительным нагрузкам и воздействиям относятся: нагрузка от частей зданий н сооружений, положение которых при эксплуатации может меняться (временные перегородки и т.п.), длительные воздействия стационарного оборудования, давление газов, жидкостей в емкостях и трубопроводах, нагрузки в складских и других подсобных помещениях, вес технических этажей, счетно-вычислительных станций и других специальных помещений, вес и давление сыпучих материалов в емкостях, воздействия от неравномерной деформации основания (не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта), от веса воды на водонаполненных покрытиях, нагрузка от отложения производственной пыли, воздействия усадки и ползучести, верти­кальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов, а также снеговые нагрузки с пониженными нормативными значениями.

К временным длительным нагрузкам относятся пониженные нагруз­ки от людей, животных и оборудования на перекрытиях зданий, указан­ные в табл. 1.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям относятся: снего­вые, ветровые, гололедные нагрузки, нагрузки от людей, мебели, лег­кого оборудования в жилых и общественных зданиях, временные на­грузки, возникающие при монтаже строительных конструкций или при переходном режиме, нагрузки от кранов, тельферов, нагрузки от обру­шения сыпучих материалов и избыточного давления воздуха в емкос­тях, температурные воздействия (климатические и от горячих материа­лов, загружаемых в емкости) и т.п.

К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки и воздействия, вызываемые резким нарушением технологического процесса, неисправностью оборудова­ния — обрыв канатов, удар о преграду, удар кранов о тупиковый упор, неравномерные деформации основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта (оттаивание вечномерзлых грунтов, за­мачивание просадочных грунтов), воздействия деформаций земной по­верхности под влиянием разработок, в карстовых районах и пр.

Сочетания нагрузок: основные – Ιгруппа:постоянные; длительные; одна кратковременная; ΙΙгруппа:постоянные; длительные Сψ1 = 0,95; две и более кратковременные Сψ1 = 0,8

Особые- постоянные; длительные Сψ1 = 0,95; кратковременные Сψ1 = 0,8; одна особая.

Page 9

В расчетах строительных конструкций следует учитывать наиболее неблагоприятные, физически возможные сочетания нагрузок и воздействий.

Различают сочетания двух видов: основные и особые. В основные сочетания усилий входят их значения от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок и воздействий. В особые сочетания входят усилия от постоянных, длительных, некоторых кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.

Нагрузки, входящие в сочетания усилий, берутся умноженными на коэффициенты сочетаний ψ.

Основные сочетания — в их состав входят усилия от постоянных и временных длительных нагрузок с коэффициентами сочетаний ψ=1 и от одной из кратковременных, которая берется полностью (ψ = 1).

При учете сочетаний, включающих постоянные и не менее двух вре-менных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок следует умножать на коэффициенты сочетаний, равные: в основных сочетаниях I для длительных нагрузок ψ1 =0,95; для кратковременных ψ2=0,9.

Особые сочетания составляются в соответствии с нормами проектирования в сейсмических районах и со специальными указаниями. Усилия от кратковременных нагрузок в них входят с коэффициентами сочетаний ψ2-0,8, а от длительных ψ1 =0,95.

При составлении сочетаний можно вводить в них усилия от временных нагрузок, только физически возможных, при одновременном их действии. Так, при расчете на крановые нагрузки можно учитывать силы торможения (±Т) только при одновременном учете вертикальной нагрузки от крана, так как при отсутствии крана в рассматриваемом пролете не может быть и силы торможения.

При составлении сочетаний усилий от нагрузок и воздействий за одну кратковременную нагрузку принимают:

- равномерно распределенную нагрузку от людей, мебели и ремонтных материалов на всех учитываемых перекрытиях (с учетом коэффициентов сочетаний ψА и ψП );

- нагрузку от кранов (вертикальная или вертикальная вместе с горизонтальной);

- ветровую или гололедно-ветровую нагрузку (по СНиП 2.01.07—85);

- снеговую нагрузку;

- нагрузку от одного погрузчика, кара;

- монтажные воздействия или температурные климатические.

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования

(0.001 с)

...
Page 10

Проверка устойчивости внецентренно сжатых (сжато-изгибаемых) элементов. При приложении сжимающей силы с эксцентрицитетом стержень работает как внецентренно сжатый. При одновременном приложении продольной осевой силы и поперечной нагрузки, вызывающей изгиб, стержень будет сжато-изгибаемым. Хотя в том и в другом случае по сечению развиваются напряжения одинакового вида, вызванные продольной силой и моментом, работа стержня в этих случаях несколько отличается главным образом в предельном состоянии при малых гибкостях. Однако в целях упрощения практических методов расчета (в небольшой запас) сжато-изгибаемые стержни при рассмотрении критического состояния потери устойчивости приравниваются к внецентренно сжатым, имеющим эксцентрицитет e=M/N.

Прочность сплошных колонн постоянного сечения и над крановых частей ступенчатых колонн проверяют по формуле

Где N— расчетное продольное усилие; Мх — расчетный изгибающий момент, действующий в плоскости рамы.

Устойчивость колонны в плоскости действия момента (в плоскости рамы) проверяют по формуле

B

где N— продольная сила, приложенная с эксцентриситетом е =Mх/N; φе— коэффициент устойчивости в зависимости от условной гибкости приведенного относительного эксцентриситета

где Wx — момент сопротивления сечения (в случае несимметричного сечения для наиболее сжатого волокна); η — коэффициент влияния формы сечения, который для симметричного двутавра определяется в зависимости от m, λx и отношения одной площади полки двутавра к плошади стенки Af/ Aw. Расчет на устойчивость не требуется при mef > 20, в этих случаях расчет выполнять только на прочность.

Первоначально сечение можно назначить следующим образом. Высоту сечения колонны назначают с соблюдением технологических ограничении и требований унификации. В первом приближении требуемую площадь находят по формуле

где коэффициент φe, определяют ориентировочно/

Далее проверяют устойчивость колонны из плоскости действия момента по формуле

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования

(0.001 с)

...

studopedia.org

Расчет и проектирование болтового соединения

Стальные конструкции на строительной площадке почти всегда соединяются при помощи болтового соединения и у него есть много преимуществ перед другими способами соединения и прежде всего сварным соединением — это простота монтажа и контроля качества соединения.

Из недостатков можно отметить большую металлоемкость по сравнению со сварным соединением т.к. в большинстве случаев нужны накладки. Кроме того отверстие для болта ослабляет сечение.

Видов болтового соединения великое множество, но в данной статье рассмотрим классическое соединение, применяемое в строительных конструкций.

Нормативные документы и рекомендуемая литература по болтовым соединениям

СНиП II-23-81 Стальные конструкции

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНиП II-23-81)

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)

СТО 0031-2004 Болтовые соединения. Сортамент и области применения

СТО 0041-2004 Болтовые соединения. Проектирование и расчет

СТО 0051-2006 Болтовые соединения. Изготовление и монтаж

Виды болтовых соединений

По числу болтов: одноболтовые и многоболтовые. Думаю смысл объяснять не нужно.

По характеру передачи усилия от одного элемента к другому:

Не сдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные). Чтобы понять смысл этой классификации рассмотрим как в общем случае работает болтовое соединение при работе на срез.

Как видим болт сжимает 2-е пластины и часть усилия воспринимается силами трения. Если болты сжимают пластины не достаточно сильно то происходит проскальзывание пластин и усилие Q воспринимается болтом.

Расчет не сдвигоустойчивых соединений подразумевает, что сила затяжки болтов не контролируется и вся нагрузка передается только через болт без учета возникающих сил трения. Такое соединение называют соединение без контролируемого натяжения болтов.

В сдвигоустойчивых или фрикционных соединениях используют высокопрочные болты которые затягивают пластины с такой силой, что нагрузка Q передается посредством сил трения между 2-мя пластинами. Такое соединение может быть фрикционным или фрикционно-срезным, в первом случае при расчете учитываются только силы трения, во втором учитываются силы трения и прочность болта на срез. Хотя и фрикционно-срезное соединение более экономичное, но практически его реализовать в многоболтовом соединении очень трудно — нет уверенности что все болты одновременно смогут нести нагрузку на срез, поэтому фрикционное соединение лучше рассчитывать без учета среза.

При больших сдвигающих нагрузках  фрикционное соединение более предпочтительно т.к. металлоемкость данного соединения меньше.

Виды болтов по классу точности и их применение

Болты класса точности А — данные болты устанавливают в отверстия рассверленные на проектный диаметр (т.е. болт встает в отверстие без зазора). Изначально отверстия делают меньшего диаметра и поэтапно рассверливают до нужного диаметра. Диаметр отверстия в таких соединениях не должен быть больше диаметра болта больше чем на 0,3 мм. Сделать такое соединение крайне сложно, поэтому в строительных конструкциях они практически не используются.

Болты класса точности B (нормальной точности) и С (грубой точности) устанавливают в отверстия на 2-3 мм больше диаметров болтов. Разница между этими болтами заключается в погрешности диаметра болта. Для болтов класса точности B фактический диаметр может отклонится не более чем на 0,52 мм, для болтов класса точности C до 1 мм (для болтов диаметром до 30 мм).

Для строительных конструкций как правило применяют болты класса точности В т.к. в реалиях монтажа на строительной площадке добиться высокой точности практически невозможно.

Виды болтов по прочности и их применение

Для углеродистых сталей класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.

Существуют следующие классы прочности болтов: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Первая цифра в классификации предела прочности болтов обозначает предел прочности болта при растяжении — одна единица обозначает предел прочности в 100 МПа, т.е. предел прочности болта класса прочности 9.8 равен 9х100=900 МПа (90 кг/мм²).

Вторая цифра в классификации класса прочности обозначает отношение предела текучести к пределу прочности в десятках процентов — для болта класса прочности 9.8 предел текучести равен 80% от предела прочности, т.е. предел текучести равен 900 х 0.8 = 720 МПа.

Что означают данные цифры? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:

Здесь приведен общий случай испытания стали на растяжение. На горизонтальной оси обозначено изменение длины испытуемого образца, по вертикали — прилагаемое усилие. Как видим из диаграммы при увеличении усилия длина болта изменяется линейно только на участке от 0 до точки А, напряжение в этой точке и есть предел текучести, далее при не большом увеличении нагрузки болт растягивается уже сильнее, в точке Д болт ломается — это есть предел прочности. В строительных конструкциях необходимо обеспечить работу болтового соединения в пределах предела текучести.

Класс прочности болта должен быть указан на торцевой или боковой поверхности головки болта

Если на болтах нет маркировки, то скорее всего это болты класса прочности ниже 4.6 (их маркировка не требуется по ГОСТ). Применение болтов и гаек без маркировки запрещается согласно  СНиП 3.03.01.

На высокопрочных болтах дополнительно указывается условное обозначение плавки.

Для применяемых болтов требуется применять соответствующие им классу прочности гайки: для болтов 4.6, 4.8 применяются гайки класса прочности 4, для болтов 5.6, 5.8 гайки класса прочности 5 и т.д. Можно заменить гайки одного класса прочности на более высокие (например если удобнее комплектовать на объект гайки одного класса прочности).

При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе прочности болтов: 4 – при 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при 12.9.

Для болтов из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности в кг/мм² — 50, 70, 80. Например А4-80: марка стали А4, прочность 80 кг/мм²=800 МПа.

Класс прочности болтов в строительных конструкциях следует определять согласно таблице Г.3 СП 16.13330.2011

Рекомендуется использовать использовать более прочные болты, чтобы уменьшить его диаметр и соответственно меньше ослаблять сечение.

Выбор марки стали болта

Марку стали болтов следует назначать согласно таблице Г.4 СП 16.13330.2011

Подбор диаметра болта для строительных конструкций

Для соединений строительных металлических конструкций следует применять болты с шестигранной головкой нормальной точности по ГОСТ 7798 или повышенной точности по ГОСТ 7805 с крупным шагом резьбы диаметров от 12 до 48 мм классов прочности 5.6, 5.8, 8.8 и 10.9 по ГОСТ 1759.4, шестигранные гайки нормальной точности по ГОСТ 5915 или повышенной точности по ГОСТ 5927 классов прочности 5, 8 и 10 по ГОСТ 1759.5, круглые шайбы к ним по ГОСТ 11371 исполнение 1 класса точности А, а также болты, гайки и шайбы высокопрочные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 диаметров 16, 20, 22, 24, 27, 30, 36, 42 и 48 мм.

Диаметр и количество болтов подбираются так, чтобы обеспечить необходимую прочность узла.

Если через соединение не передаются значительные нагрузки, то можно использовать болты М12. Для соединения нагруженных элементов рекомендуется использовать болты от М16, для фундаментов от М20.

Не рекомендуется применение соединений, в которых суммарная толщина соединяемых элементов превышает:

для болтов М12 — 40 мм;

для болтов М16 — 50 мм;

для болтов М20 — 60 мм;

для болтов М24 — 100 мм;

для болтов М27 — 140 мм.

Диаметр отверстия под болт

Для болтов класса точности А отверстия выполняют без зазора, но использовать такое соединение не рекомендуется ввиду большой сложности его изготовления. В строительных конструкциях, как правило, используют болты класса точности B.

Для болтов класса точности В диаметр отверстия можно определить по следующей таблице:

Расстояния при размещении болтов

Расстояния при размещении болтов следует принимать согласно таблице 40 СП 16.13330.2011

В стыках и узлах болты необходимо располагать ближе друг к другу , а конструктивные соединительные болты (служащие для соединения деталей без передачи значимых нагрузок) на максимальных расстояниях.

Допускается крепить детали одним болтом.

Выбор длины болта

Длину болта определяем следующим образом: складываем толщины соединяемых элементов, толщины шайб и гаек, и добавляем 0,3d (30% от диаметра болта) и далее смотрим сортамент и подбираем ближайшую длину (с округлением в большую сторону). Согласно строительным нормам болт должен выступать из гайки как минимум на один виток. Слишком длинный болт использовать не получится т.к. резьба имеется только на конце болта.

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей (из советского справочника)

В болтовых соединениях работающих на срез, при толщине наружного элемента до 8 мм, резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм. Если выбранная длина болта не соответствует этому требованию, то необходимо увеличить длину болта так, чтобы это требование выполнялось.

Приведем пример:

Болт работает на срез, толщина скрепляемых элементов 2х12 мм, согласно расчету принят болт диаметром 20 мм, толщина шайбы 3 мм, толщина пружинной шайбы 5 мм, толщина гайки 16 мм.

Минимальная длина болта равна: 2х12+3+5+16+0,3х20=54 мм, согласно ГОСТ 7798-70 выбираем болт М20х55. Длина нарезаной части болта составляет 46 мм, т.е. условие не удовлетворяется т.к. резьба должна входить вглубь отверстия не более чем на 5 мм, поэтому увеличиваем длину болта до 2х12+46-5=65 мм. Согласно нормам можно принять болт М20х65, но лучше использовать болт М20х70, тогда вся резьба будет вне отверстия. Пружинную шайбу можно заменить на обычную и добавить еще одну гайку (очень часто так делают т.к. применение пружинных шайб ограничено).

Мероприятия про предотвращению отвинчиванию болтов

Для того, чтобы крепление со временем не ослабло требуется использовать 2-ю гайку или стопорные шайбы, предотвращающие отвинчивание болтов и гаек. Если болт работает на растяжение, то необходимо использовать 2-ой болт.

Также есть специальные гайки со стопорным кольцом или фланцем.

Применять пружинные шайбы при овальных отверстиях запрещено.

Установка шайб

Под гайку необходимо устанавливать не более одной шайбы. Также допускается устанавливать одну шайбу под головкой болта.

Прочностной расчет болтового соединения

Болтовое соединение можно разделить на следующие категории:

1) соединение работающее на растяжение;

2) соединение работающее на срез;

3) соединение работающее на срез и растяжение;

4) фрикционное соединение (работающее на срез, но с сильным натяжением болтов)

Расчет болтового соединения, работающего на растяжение

В первом случае прочность болта проверяется по формуле 188 СП 16.13330.2011

где Nbt — несущая способность одного болта на растяжение;

Rbt — расчетное сопротивление болта на растяжение;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчет болтового соединения, работающего на срез

Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия:

расчет на срез по формуле 186 СП 16.13330.2011

где Nbs — несущая способность одного болта на срез;

Rbs — расчетное сопротивление болта на срез;

Ab — площадь сечения болта брутто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

и расчет на смятие по формуле 187 СП 16.13330.2011

где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;

Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие;

db — наружный диаметр стрежня болта;

∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины,  передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0)

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчетные сопротивления болтов можно определить по таблице Г.5 СП 16.13330.2011

Расчетное сопротивление Rbp можно определить по таблице Г.6 СП 16.13330.2011

Расчетные площади сечения болтов можно определить по таблице Г.9 СП 16.13330.2011

Расчет соединения, работающего на срез и растяжение

При одновременном действии на болтовое соединение усилий,вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду спроверкой по формуле (188), следует проверять по формуле 190 СП 16.13330.2011

где Ns, Nt — усилия, действующие на болт, срезывающие и растягивающие соответственно;

Nbs, Nbt — расчетные усилия, определяемые по формулам 186 и 188 СП 16.13330.2011

Расчет фрикционного соединения

Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять: в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм² и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки; в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле 191 СП 16.13330.2011

где Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7 СП 16.13330.2011;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

μ — коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей (принимается по таблице 42 СП 16.13330.2011);

γh — коэффициент, принимаемый по таблице 42 СП 16.13330.2011

Количество необходимых болтов для фрикционного соединения можно определить по формуле 192 СП 16.13330.2011

где n — требуемое количество болтов;

N — нагрузка, действующая на соединение;

Qbh — расчетное усилие, которое воспринимает один болт (расчитывается по формуле 191 СП 16.13330.2011, расписано чуть выше);

к —  количество плоскостей трения соединяемых элементов (обычно 2-а элемента соединяют через 2-е накладные пластины, расположенные с разных сторон, в этом случае к=2);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011;

γb — коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от количества болтов, требуемых для восприятия усилия и принимаемый равным:

0,8 при n < 5;

0,9 при 5 ≤ n < 10;

1,0 при n ≤ 10.

Обозначение болтового соединения на чертежах

Условное обозначение болтового соединения на чертежах необходимо выполнять согласно ГОСТ 2.315-68

Основные условные обозначения болтового соединения выглядят следующим образом:

Болты при фрикционном соединении обозначаются треугольником.

Ну и напоследок не много юмора

buildingbook.ru


Смотрите также