Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

07.07.2016

Расчет клепаных соединений по усилию, действующему в прикрепляемом элементе. В обычных конструкциях необходимое количество заклепок в соединениях определяют по действующим максимальным силовым факторам, установленным расчетом (N, Q, М). Такой способ расчета клепаных соединений называют расчетом по действующему усилию.
Количество заклепок nэ находят с учетом наименьшего значения несущей способности одной заклепки [Nз], определенного по работе на срез и на смятие или выкалывание (формулы III—15 и III—16): nз = N:[Nз]мин.
Количество заклепок, поставленных в соединении или с одной стороны стыка, должно быть не менее двух.
При расчете и конструировании прикреплений составных стержней следует проверять достаточность крепления каждого отдельного элемента, входящего в состав стержня.
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

В случаях крепления выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей (рис. III—40, а) число заклепок, прикрепляющих коротыши к уголкам или швеллерам, увеличивают против требуемого по расчету на 50%. При этом первые заклепки, которые крепят коротыши к уголкам или швеллерам, должны быть расположены ближе к середине стержня, чем заклепки, которые крепят коротыши к узловым фасонкам, то есть чтобы основные прикрепляемые элементы подходили к узлам не отдельно, а совместно с коротышами. Это необходимо для надежного вовлечения в работу коротышей, иначе заклепки, прикрепляющие основной элемент к фасонке, могут оказаться перегруженными, а заклепки, прикрепляющие коротыш,— недогруженными.
Крепление одного элемента к другому через прокладку или иные промежуточные элементы (рис. III—40, б), а также с помощью нахлестки или односторонней накладки (рис. III—40, в, г) ухудшает работу клепаных соединений. В случаях применения прокладок или односторонних накладок следует увеличивать количество заклепок сверх определенного расчетом на 10%.
Приравняв значения несущих способностей по срезу и по смятию — выкалыванию одной заклепки
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

можно определить соотношение между диаметром заклепки и толщиной листов, при котором несущая способность по срезу и смятию будет одинаковой. Так, например, для двусрезных заклепок из стали марок Ст. 23 и Ст. Зз, поставленных в отверстиях типа «В» в конструкции из стали типа Ст. 3, получим:
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

или после сокращения:
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

Расчет клепаных соединений по несущей способности прикрепляемого элемента. Расчет соединений по усилию, действующему в прикрепляемом элементе, не обеспечивает равную несущую способность элемента и его прикрепления, так как по конструктивным или производственным соображениям сечения нередко принимают большего размера, чем требуется по расчету. В течение длительного срока эксплуатации стальных конструкций вследствие разных причин нагрузки, действующие на них, часто возрастают. Рост эксплуатационных нагрузок вызывает необходимость пересчета конструкций и усиления их. При этом может оказаться, что элементы, поставленные по конструктивным соображениям с избыточными сечениями, удовлетворяют возросшим нагрузкам, а их прикрепления, выполненные в соответствии с прежними расчетными усилиями, требуют усиления. Усиление клепаных соединений вследствие недостатка места для размещения добавочных заклепок связано с большими трудностями. Поэтому в тех конструкциях, в которых возрастают эксплуатационные нагрузки (мосты, подкрановые балки, площадки тяжелых цехов с рельсовыми путями) или в которых могут измениться комбинации расчетных нагрузок, целесообразно рассчитывать клепаные соединения не по действующему усилию, а по максимальной несущей способности прикрепляемого элемента.
Несущая способность центрально растянутого элемента выражается формулой:
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

За несущую способность центрально сжатого элемента принимают меньшую величину из двух, определенных из условий прочности и устойчивости:
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

Требуемое количество заклепок в соединении определяют по формуле:
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

При определении Fнт учитывают максимальное ослабление стержня на протяжении его длины, но не в узле. Достаточно ли заклепок принято в соединении, нужно проверить для каждого элемента составного стержня.
Так как при определении усилия исходят из его расчетной площади, то указанный метод расчета клепаных соединений получил название расчета по площади. Он обеспечивает равную несущую способность элемента и его прикрепления.
Размещение заклепок. Определенное расчетом количество заклепок следует разместить по возможности на минимальной площади, чтобы уменьшить расход стали на узловые фасонки, накладки и другие дополнительные конструктивные элементы.
Для удобства производства работ заклепки размещают рядами. Линии, проходящие по центрам отверстий, называют рисками. Расстояние а между осями заклепок вдоль усилия называют шагом заклепок; расстояние с по направлению, перпендикулярному усилию, — шириной дорожки.
Размещение заклепок, при котором последние располагают во всех точках пересечения рисок, называют рядовым. Размещение заклепки с пропуском между ними одного пересечения рисок называют шахматным. Расстояние между заклепками, а также расстояния от них до края соединяемых элементов должны быть назначены не менее установленных нормами.
Минимальные расстояния назначают так, чтобы обеспечить прочность соединяемых элементов на выкалывание и на растяжение или сжатие; в частности, чтобы местные напряжения, возникающие под влиянием одной заклепки, по возможности не суммировались с возмущением напряжений от соседних заклепок (см. рис. III—39). На величину минимальных расстояний между заклепками оказывают существенное влияние и производственные факторы: рассверловка отверстий по кондукторам, продавливание отверстий многоштемпельными прессами и др. Малое расстояние между заклепками при сплошном выполнении клепки приводит к прогреву соединяемых элементов, что может неблагоприятно отразиться на структуре металла и др.
Минимальное расстояние между центрами соседних заклепок как по направлению передаваемого усилия, так и поперек его должно быть не менее 3d, от центра крайней заклепки до края элемента вдоль усилия — 2d и поперек усилия — 1,5d. Последнее расстояние при прокатных кромках разрешается уменьшать до 1,2d (табл. III—7). В резервуарах наименьшее расстояние между центрами заклепок снижается до 2,5d, а до края листа — l,5d с добавкой 0,36 листа на расчеканку.
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

В целях унификации операций по разметке и изготовлению отверстий следует как можно реже менять шаги заклепок.
Наибольшие расстояния между заклепками назначают так, чтобы при клепке не было отставания соединяемых листов, а в сжатых элементах, кроме того, так, чтобы обеспечить достаточную местную устойчивость крайнего наиболее тонкого элемента. Для этого расстояние между заклепками в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков должно быть не более 126 или Sd. Расстояние между заклепками в промежуточных рядах и между рядами, а также в крайних рядах, если есть окаймляющие уголки, можно увеличить для растянутых соединений в 2 раза, а для сжатых в 1,5 раза. При таком размещении гибкость сжатого листа на участке между заклепками не превышает:
Расчет и конструирование прочных клепаных соединений

Расстояние от крайнего ряда заклепок до края листов во всех случаях должно быть не более 86 или 4d, чтобы края склепываемых листов не расходились и чтобы устранить связанную с этим повышенную опасность ржавления.
При размещении заклепок в уголках, швеллерах, двутаврах, кроме указанных выше требований, необходимо учитывать переходные кривые между полками или между полкой и стенкой, а также стеснение в размещении поддержки или клепального молотка выступающей полкой профиля и др. Положения рисок на профильной стали даны в ведомственных и заводских нормалях и в справочниках.
При креплении несимметричных профилей (например, неравнобоких уголков) следует учитывать размещение металла в профиле, с тем чтобы по возможности устранить конструктивный эксцентриситет в стыке и перегрузку отдельных накладок, то есть на более широких полках ставить больше заклепок, чем на узких.