Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

07.07.2016

Работа клепаных соединений на изгибающий момент встречается часто, например стыки стенок балок или рам, крепления балок к балкам и к стойкам и т. п. Часто одновременно с моментом M в стыке действует поперечная сила Q, а иногда и нормальное усилие N (например, в рамах).
При расчете клепаных соединений на изгибающий момент предполагают, что при изгибе элементы соединения поворачиваются вокруг центра заклепочного поля с одной стороны стыка — 0 (рис. III—41). При этом давления отдельных заклепок на стенки листов и реакции последних Ni будут пропорциональны расстояниям отверстий от центра поворота (заклепочного поля) и направлены перпендикулярно к радиусам — векторам.
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Силы реакции образуют моменты Niei уравновешивающие момент M внешних сил:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

где ei — расстояние от центра заклепочного поля до наиболее удаленной заклепки.
Суммирование должно быть распространено на все заклепки, расположенные с одной стороны стыка.
Если в стыке действует только изгибающий момент, то полученное усилие Ni следует сравнить с несущей способностью заклепки:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Расчет клепаного соединения, работающего на изгиб с учетом требования равной несущей способности соединения и соединяемых листов, можно вести по формулам III—18 и III—19, заменив в первой из них величину действующего момента M величиной допускаемого на лист момента: [M] = WнтR.
Для учета влияния совместного действия различных силовых факторов на работу заклепок целесообразно разложить усилие N1 на горизонтальную N1х и вертикальную N1у составляющие (рис. III—41,б):
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

В свою очередь, еi2=xi2+yi2, что позволяет выразить как составляющие, так и полное усилие каждой заклепки через ее координаты относительно центра поля:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Влияние поперечной (Q) и нормальной (N) сил учитывают путем геометрического суммирования (рис. III—41, в), предполагая, что силы Q и N равномерно распределяются между всеми заклепками n, расположенными с одной стороны стыка. В общем случае расчетная формула имеет вид:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

На практике очень часто встречаются клепаные соединения листов, сильно вытянутые вдоль стыка, например в высоких составных балках, в ригелях рам и т. п.
Если длина заклепочного поля равна (или больше) трехкратной ширине его с одной стороны стыка, то влияние вертикальных составляющих усилий в заклепках становится малым, и им пренебрегают. В таких случаях можно полагать, что момент внешних сил M воспринимается моментами пар внутренних сил Nihi образованных усилиями в симметрично расположенных рядах заклепок (рис. III—42):
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Из подобия треугольников все усилия N2, N3, ... выразим через интересующее нас наибольшее усилие в крайнем ряду заклепок N1:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Подставив найденные значения усилий в предыдущее уравнение, получим:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Наибольшее усилие в крайних рядах заклепок:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Усилие в одной заклепке N1' крайнего ряда при числе заклепок в нем n1:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Если в рассматриваемом соединении действует только изгибающий момент, то найденное усилие должно не превышать несущей способности заклепки:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Если в стыке, кроме момента, действуют поперечная Q и нормальная N силы, то предполагают, как и в предыдущем случае, что эти силы распределяются поровну между всеми заклепками n, расположенными с одной стороны стыка. Максимальное усилие в одной заклепке крайнего ряда находят путем геометрического суммирования и сравнивают его с несущей способностью заклепки:
Расчет и конструирование клепаных соединений, работающих на передачу изгибающего момента

Шаг заклепок вдоль стыка обычно назначают (5/10) d, расстояние между рядами (3,5/4)d, расстояние от торца листа до первого ряда не менее 2d; при этом следует учитывать зазор между стыкуемыми листами (допуск) 10 мм. Желательное количество рядов с одной стороны стыка 2, а при больших значениях Q и N —3.