26.07.2017
Металлические несущие конструкции являются неотъемлемым составляющим в строительных работах. При воздействии огня несущие функции...


26.07.2017
Большинству людей желтый цвет дарит бодрость и хорошее настроение. Он является символом спокойствия и умиротворения, а потому...


25.07.2017
Дорожное строительство – непростой многоступенчатый процесс. Положительный результат достигается только тогда, когда на каждом...


25.07.2017
Шелковая штукатурка – одно из самых популярных покрытий, которое наносится на стены или потолок. Свою популярность шелковая...


25.07.2017
Работа в коллективе важна и определена тем, что она повышает уровень предприятия или компании, а также конкурентоспособность,...


25.07.2017
Металлические ключницы настенного размещения представляют собой изделие в виде шкафчика или ящика и предназначены для хранения...


Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

07.07.2016

Чистые, получистые и черные болты. В работе болтового соединения на сдвиг много общего с клепаными соединениями. В ней также можно усмотреть три стадии.
Первая стадия — когда усилие передается от одного соединяемого элемента к другому за счет сил трения, возникающих между элементами благодаря обжатию их затянутыми болтами. Это упругая работа, без каких бы то ни было первоначальных сдвигов за счет начальных неплотностей, протекает так же, как работа стали соединяемых элементов. Однако сила обжатия пакета обычными (невысокопрочными) болтами невелика. Поэтому силы трения, возникающие между элементами и предшествующие первому сдвигу их, также невелики.
Вторая стадия: после преодоления сил трения в соединении происходит сдвиг вследствие неплотного заполнения отверстий болтами. Величина этого сдвига значительно больше, чем в клепаных соединениях. Неплотности у отдельных болтов в одном соединении могут резко отличаться. Поэтому в то время как болты, поставленные с меньшими зазорами, уже включились в работу на смятие, срез и изгиб, болты, поставленные более свободно, еще не работают. Переход от сдвига за счет неплотностей к упруго-пластической работе болтового соединения совершается нерезко, при значительной величине смещения. В стержнях: отдельных болтов и у кромок листов рано проявляются пластические деформации. Из-за больших неплотностей в отверстиях стержень болта может изогнуться. При этом головка и гайка болта обеспечивают не только эффект защемления изгибаемого стержня по концам, но и дополнительное обжатие пакета. Под влиянием последнего силы трения между сдвигаемыми листами в процессе деформации соединения возрастают.
Переход от второй — упруго-пластической стадии работы к третьей — пластической совершается постепенно и не имеет четкой границы.
В болтовых соединениях, как и в клепаных, происходят большие, пластические деформации. За счет этого в процессе работы усилия, приходящиеся на отдельные совместно работающие болты, выравниваются. Поэтому считают, что несущая способность болтового соединения возрастает пропорционально числу поставленных в нем болтов, а усилие, действующее на болтовое соединение, равномерно распределяется между всеми болтами. Предел выносливости соединений на чистых (но не высокопрочных) болтах под вибрационной нагрузкой, вызывающей сдвиг, несколько ниже, чем в клепаных соединениях.
Несущую способность одного болта в соединении, работающем на сдвиг, определяют аналогично клепаным соединениям по прочности на срез:
Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

Значения расчетных сопротивлений болтовых соединений приведены в таблице III—8.
Допускаемые напряжения в соединениях на чистых болтах при отверстиях типа «В» принимают в металлических конструкциях кранов:
на срез [τб] = (0,7—0,8) [σ],
на смятие — выкалывание [σб]см=2,0 [σ],
на растяжение [σб]р=0,7 [σ];
- в соединениях на черных болтах обычных конструкций (независимо от типа отверстий):
на срез [τб] = (0,5—0,6) [σ],
на смятие — выкалывание [σб]см = (1,25—1,5) [σ],
на растяжение [σб]Р=0,7[сг];
- в анкерных болтах:
на растяжение [σа.б]р=0,6 [σ];
здесь [σ] — основное допускаемое напряжение на растяжение в стали болтов для определения [τб] и [σб] и в стали соединяемых элементов для определения [σб]см.
Расчет болтов на растяжение ведут по площади нетто (по внутреннему диаметру нарезки):
Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

Концентрация напряжений в стержнях болтов у места нарезки неблагоприятно сказывается на работе их при растяжении. Неблагоприятно сказывается и внецентренность действия растягивающих усилий. Эти обстоятельства отразились на величине расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений. Прочность болтов, работающих одновременно на срез и на растяжение, проверяют отдельно. Расчет болтовых соединений, работающих на передачу изгибающего момента, проводят теми же способами, что и клепаных соединений.
Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

Диаметры болтов принимают по ГОСТу. Длину болтов назначают с учетом толщины двух шайб и высоты гайки, а в надлежащих случаях и контргайки. Часть стержня болта, работающая на смятие, должна быть без нарезки. Болты размещают с соблюдением указаний, сделанных ранее для размещения заклепок (табл. III—7), с одним изменением: наименьшее расстояние между осями соседних болтов в любом направлении принимают не 3d, а 3,5d (для удобства завинчивания гаек).
Высокопрочные болты. Высокопрочные болты применяют в монтажных соединениях, а также в соединениях эксплуатируемых конструкций для частичной замены заклепок и болтов. Их изготовляют из легированной машиностроительной хромистой стали марки 40Х (ГОСТ 4543—61) с пределом прочности 10 000 кг/см2. Болты, гайки и шайбы проходят специальную термическую обработку, в результате которой предел прочности болтов повышается до σпч = 12000—13000 кг/см2.
Высокопрочные болты при постановке в соединение натягивают, завинчивая гайки вначале обычными пневмогайковертами (до 70—80% проектного усилия), а затем специальными динамометрическими ключами до достижения в них напряжения, равного (0,6—0,65) σпч.
Усилия в болтах обжимают соединяемые элементы, чем и обеспечивают между последними в случае их сдвига большие силы трения, которые и передают все усилие (рис. III—43). Работа соединений на высокопрочных болтах в пределах допускаемой нагрузки полностью протекает в первой стадии работы болтовых или клепаных соединений. После преодоления сил трения болтовое соединение на высокопрочных болтах ускоренно проходит две другие стадии работы.
Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

Соединения на высокопрочных болтах хорошо передают динамические и вибрационные воздействия с минимальным коэффициентом концентрации напряжений. В этих соединениях отпадает необходимость, точно изготовлять отверстия и стержни болтов, что значительно упрощает их изготовление и монтаж конструкций. Осуществление монтажных соединений на высокопрочных болтах проще и скорее, чем на сварке. Размещают высокопрочные болты с соблюдением указаний для обычных болтов. Часто применяемые диаметры их — 20, 24 и 27 мм.
При расчете соединений на высокопрочных болтах предполагают, что все усилие, действующее в прикреплении, передается только силами трения, возникающими по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов под влиянием натяжения болтов. При этом считают, что все болты (одного диаметра) принимают одинаковое участие в передаче усилия.
Усилие, которое передается одним высокопрочным болтом (рис. III—43), определяют по формуле:
Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

где nп — количество плоскостей, по которым в соединении развиваются силы трения (одного направления);
f — коэффициент трения;
T — усилие натяжения болта;
m — коэффициент условий работы соединения, принимаемый равным 0,9.
Усилие натяжения высокопрочных болтов назначают в зависимости от их механических свойств (после термической обработки). При этом напряжение должно быть не более 0,6 σпч, a усилие болта, учитываемое в расчете:
Работа болтовых соединений. Расчет и конструирование их

где σпч — предел прочности стали болта (после термической обработки);
Fнт — площадь сечения болта нетто (по резьбе).
Величина коэффициента трения f между соприкасающимися поверхностями зависит от способа их обработки перед осуществлением соединения. Для элементов из углеродистой стали типа ВСт.3 принимают следующие значения f:
0,45 — при пневматической обработке соединяемых поверхностей песком, металлическим порошком и т. п. или обжигом;
0,35 — при обработке стальными проволочными щетками;
0,25 — при частичной замене заклепок и болтов в эксплуатируемом соединении (без очистки соприкасающихся поверхностей).
Для элементов из низколегированной стали и сталей высокой прочности, обработанных пневматическим способом, принимают f=0,55.
Тяжи. Кроме коротких растянутых болтов в стальных конструкциях, встречаются длинные растянутые элементы из круглой стали, применяемые для связей между прогонами, фермами и т. п. Их называют тяжами. Тяжи могут иметь с одного конца головку, а с другого — нарезку для гайки. Чтобы избежать кузнечной работы и опасности пережога при образовании головки, часто оба конца тяжа снабжают нарезкой.
Соединяют тяжи между собой при помощи стяжных муфт, парных накладок и сварки. Стяжные муфты иногда специально размещают по длине тяжей для создания требуемого начального натяжения их. Концы тяжей, примыкающие к муфте, имеют встречную нарезку (один правую, другой левую) для сближения концов при вращении муфты.
Расчетные сопротивления тяжей назначают как для обычных растянутых элементов в зависимости от марки стали, из которой они изготовлены. Случаи неблагоприятного крепления тяжей, вызывающие изгибающий момент, должны быть учтены расчетом. При параллельной работе нескольких тяжей возникает опасность неравномерного натяжения, а следовательно, и неравномерной работы их. Поэтому для неодиночных тяжей расчетные сопротивления понижают на 15%.