Донбасская национальная академия строительства и архитектуры ЛЕКЦИЯ 7 Болтовые соединения. Общая характеристика и работа соединений. Расчет и конструирование
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 1. Общая характеристика болтовых соединений В строительстве используют болты: Ø грубой точности (диаметр отверстия больше диаметра болтов на 2 -3 мм); Ø нормальной точности (диаметр отверстия больше диаметра болтов на 2 -3 мм); Ø повышенной точности (при больших сдвигающих усилиях; диаметр отверстия больше диаметра болтов до +0, 3 мм); Ø высокопрочные (при больших сдвигающих усилиях; диаметр отверстия больше диаметра болтов до +0, 3 мм); Øспециальные анкерные болты; Ø самонарезающие болты (для крепления профилируемого настила к прогонам); Øзаклепки; Øсаморезы; Øмеханические анкера; Øхимические анкера.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Диаметр болтов 10 -48 мм. Длина болтов, обусловленная толщиной соединяемых элементов, изменяется в пределах 30 -300 мм. 7. 1. 1. Болты грубой, нормальной и повышенной точности В зависимости от прочности материала болты грубой, нормальной и повышенной точности объединяют в классы, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой (например: 4. 6; 4. 8; 5. 6; 5. 8; 6. 6; 8. 8; 10. 9). Первое число, умноженное на 100, приблизительно дает наименьшее значение предела прочности (МПа), а произведение первого числа на второе, увеличенное в 10 раз - значение предела текучести (МПа). Прочность гаек должна отвечать прочности болтов!!!! Под головки болтов грубой, нормальной и повышенной точности и гайки обязательно должны устанавливаться круглые шайбы. В местах примыкания головки болтов к наклонным плоскостям ставят косые шайбы.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Болты грубой, нормальной и повышенной точности изготавливают из малоуглеродистых и низколегированных сталей (например: 35, 35 X, 40 X, 38 XА). Высокопрочные болты изготавливают лишь из высокопрочных сталей 40 X «селект» , 35 X 2 AФ, 30 Х 3 МФ (легированные хромом, азотом, молибденом, ванадием). Применяют их в соединениях, которые работают на сдвиг. Наиболее часто используются болты диаметром 20, 24, 30 мм. Маркируют болты так: М 20, М 24, М 30. 7. 1. 2. Анкерные (фундаментные) болты передают растягивающее усилие на фундамент. Диаметр анкерных болтов составляет 12. . . 140 мм. Конструкция анкерных болтов должна обеспечивать их надежное закрепление в бетоне. Для изготовления анкерных болтов используют сталь ВСт3 кп 2, 09 Г 2 С, 10 Г 2 С 1.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 1. 3. Заклепки используют очень ограниченно, лишь при значительных динамических нагрузках. В зависимости от формы закладной головки различают заклепки с головками: Ø полукруглыми; Ø полупотайными; Ø повышенными (рис. 7. 1, а-г). Заклепки устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1, 0. . . 1, 5 мм больше диаметра стержня заклепки. Листы профнастила соединяют между собой комбинированными заклепками диаметром 5 мм, которые дают возможность выполнять работы с одной стороны конструкции, при толщине пакета до 3 мм (рис. 7. 1, д).
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Рис. 7. 1. Заклепки
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 2. Расчет болтов и заклепок, работающих на растяжение Чаще всего такое напряженное состояние наблюдается во фланцевых соединениях (рис. 7. 2). Рис. 7. 2. Болтовое фланцевое соединение
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Расчетное усилие, которое выдерживает один болт (или несущая способность болта): Rbt – расчетное сопротивление материала болта, работающего на растяжение (табл. 58, от 170 МПа до 500 МПа); Abn – площадь сечения стержня болта нетто, определяемая по диаметру, где есть резьба, т. е. по ослабленному сечению (табл. 62). Значения Rbt зависят от материала болтов (класса прочности) и вычисляются по формулам, помещенным в табл. 5 СНи. П П-23 -81*: Øдля болтов классов 4. 6, 5. 6, 6. 6 принимается Rbt=0, 42 Rbun; Øдля болтов классов 4. 8, 5. 8 – Rbt=0, 4 Rbun; Øдля болтов классов 8. 8, 10. 9 – Rbt=0, 5 Rbun (где: Rbun – нормативное сопротивление стали болтов, которое принимается равным временному сопротивлению).
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Для передачи усилия N необходимое количество болтов составляет: Полученное значение округляют в большую сторону.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 3. Работа и расчет болтов и заклепок на действие сдвигающих усилий Для соединений, в которых элементы сдвигаются один по отношению к другому, может быть два вида исчерпания несущей способности: Ø срез стержня болта; Øсмятие металла соединяемых элементов (рис. 7. 3). Рис. 7. 3. Расчетная схема болтового соединения при работе на сдвиг
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Разрушение болтового соединения происходит в результате: Ø обрыва головки; Ø разрыва стержня болта в месте резьбы (значительная концентрация напряжений); Ø разрушение соединяемых элементов путем выкола (вырыва) части металла, если прочность элементов окажется меньшей, чем прочность стержня болта, при этом в материале соединяемых элементов могут развиваться значительные пластические деформации. Болт «прорезает» металл соединяемых элементов .
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Несущую способность одного болта определяют по: Ø срезу стержня болта: Ø смятию соединяемых элементов : Rbs – расчетное сопротивление болта на срез (табл. 58. Для болтов класса 4. 6 – Rbs=150 МПа; для класса болтов 10. 9 – Rbs=400 МПа. Rbp – расчетное сопротивление болта на смятие (табл. 59. Изменяются в пределах 430 МПа. . 1045 МПа) b – коэффициент условий работы соединения табл. 35 СНи. П II-23 -81*. Для одноболтовых соединений элементов конструкций b =0, 8 ( для элементов из стали, которая имеет Ry до 285 МПа), иначе – b =0, 75. Для многоболтовых соединений при классе точности А значение b =1, 0, иначе – b = 0, 9.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры А – расчетная площадь сечения стержня болта, вычисленная по его диаметру (табл. 62); ns – количество плоскостей среза одного болта; d – диаметр болта; t – наименьшая суммарная толщина элементов, которые сминаются в одном направлении. Количество болтов в соединении вычисляется по формуле: Nmin – меньше из значений расчетных усилий для одного болта, найденное из условий среза стержня или смятия. Обязательно нужно проверять прочность соединяемых элементов, учитывая ослабление сечения отверстиями!!!!!!!!!! Но допускается упруго-пластическая работа материала соединяемых элементов, которая учитывается коэффициентом условий работы с, значение которого изменяется в пределах 1, 05. . . 1, 1 (табл. 6).
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 4. Работа и расчет соединений на высокопрочных болтах В соединениях на высокопрочных болтах сдвигающие усилия передаются не через стержня болта (или через смятие), а за счет сил трения между поверхностями соединяемых элементов, сжатых натяжением болтов. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одной поверхностью трения соединяемых элементов, сжатых одним высокопрочным болтом определяется по формуле: Rbh – расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, Rbh=0, 7 Rbun – нормативное сопротивление стали болтов, принимаемое в зависимости от диаметра резьбы и прочности стали, из которой изготовлен болт, по табл. 61 СНи. П II-23 -81*. Значение Rbun изменяется от 600 МПа до 1350 МПа;
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Аbn – площадь болта нетто (табл. 62); b – коэффициент условий работы соединения, зависит от количества болтов n, необходимых для восприятия расчетных усилий: b =0, 8 при n b =0, 9 при n b =1, 0 при n h – коэффициент надежности для соединения на высокопрочных болтах (табл. 36) зависит от разницы между диаметрами отверстий и болтов, от способа натяжения болтов (натяжение высокопрочных болтов может выполняться либо по моменту закручивания, либо по углу поворота гайки), а также от способа обработки соединяемых поверхностей. Значение h изменяются в достаточно больших пределах: от 1, 02 до 1, 7. – коэффициент трения зависит от способа обработки соединяемых поверхностей (табл. 36);
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры На несущую способность болтового соединения влияет состояние контактных поверхностей. Поверхности, которые дополнительно не подготовленны, имеют самые низкие значения коэффициента трения ( =0, 25). При тщательной обработке поверхностей ( например обработка дробью) значения =0, 58. Таким образом вырастает и расчетное усилие, которое может быть воспринято одной поверхностью трения. Необходимое количество высокопрочных болтов в соединении, при действии продольного усилия, вычисляется по формуле: k – количество поверхностей трения соединяемых элементов Проверку прочности соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под болты, выполняют при динамических нагрузках – по площади сечения нетто An, а при статических нагрузках по площади брутто А, когда An А, или условной расчетной площадью Ас = 1, 18 An, если An 0, 85 А.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 5. Расчет соединений на болтах под действием различных силовых факторов Рис. 7. 4. Расчетная схема болтового соединения, на которое действует изгибающий момент
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Под действием изгибающего момента усилия в болтах по одну сторону от стыка распределяются пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения к осям болтов (рис. 7. 4. ). Наибольшие силы действуют в самых отдаленных болтах. Каждая пара болтов, симметричных в отношении центра тяжести соединения, воспринимает часть изгибающего момента: Все болты вместе воспринимают полный момент: m – количество рядов ; k – количество пар болтов по отношению к центру тяжести соединения.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Усилие в любом болте: Условие прочности соединения: Nb – несущая способность болта принятая по меньшему из значений: по срезу стержня, или по смятию. При действии поперечной силы Q упрощенно считают, что усилия в болтах распределяются равномерно. Таким образом, усилие, которое действует на один болт: n – количество болтов в соединении по одну сторону от стыка.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Условие прочности соединения: При одновременном действии на соединение осевой силы N, поперечной силы Q и изгибающего момента М (рис. 7. 5. ), на болты действуют силы соответственно N N, N Q, N M. Рис. 7. 5. Расчетная схема болтового соединения при сочетании силовых факторов
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Наибольшее значение равнодействующей силы Nred :
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры 7. 5. Основные конструктивные требования к болтовым соединениям приведены в СНи. П II-23 -81* (п. 12. 14 -12. 20): ØВ границах одного конструктивного элемента используют болты одинакового диаметра. ØПротив раскручивания болтовых соединений нужно устанавливать контргайки или пружинные шайбы. ØСоединение должно быть наиболее плотным. Плотность соединения проверяют щупом толщиной 0, 3 мм. Это связано с тем, что в щелях коррозия металла проходит чрезвычайно интенсивно. ØДля легких конструкций рекомендуются диаметры болтов до 20 мм, для средних 20. . . 24 мм, тяжелых – 24. . . 30 мм. ØПерепад поверхностей соединяемых деталей не должен превышать 0, 5 мм. Это касается высокопрочных болтов. При перепадах до 3 мм в более толстой детали создают скос механической обработкой с наклоном 1: 10. Перепады, которые превышают 3 мм, заполняют прокладками.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Заданное проектом натяжение высокопрочных болтов обеспечивается затягиванием гаек специальными ключами с контролем момента закручивания или угла поворота гайки. После контроля усилия головки болтов красят, а соединения шпаклюют по контуру. Ø Расстояние между центрами болтов принимают таким, чтобы обеспечивалась возможность работы гаечными ключами. Размещают оси болтов по рискам, которые ориентируют параллельно и перпендикулярно к оси элемента. Расстояние между центрами болтов вдоль риски именуют шагом. Размещение рисок для прокатных профилей четко нормировано. Ограничивается как наименьшее, так и наибольшее расстояние между осями болтов (рис. 7. 6. ) Наименьшие расстояния связанные с требованиями работы инструментами и необходимостью избежать разрушения элементов, если болт располагается очень близко к краю элемента. Наибольшие расстояния связанные с требованиями обеспечения плотности соединения и устойчивости элементов при сжатии. В монтажных соединениях, когда болты лишь фиксируют конструкцию, расстояния между ними принимают максимальными. В стыках и узлах следует размещать болты на минимальных расстояниях. Это дает возможность уменьшить размеры накладок.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Рис. 7. 6. Размещение рисок болтов и условные обозначения болтов ØПривязки рисок и шаги принимают кратными 5 мм.
Скачать презентацию Донбасская национальная академия строительства и архитектуры ЛЕКЦИЯ 7
Лекция_7_2010.ppt