Розрахунок і проектування болтових і заклепувальних з'єднань

Болти нормальної, грубої і підвищеної точності, а також заклепки розраховуються на зріз, зім'яло і розтягування (відривши головки). В відповідності з цим напруги в одному болті або заклепці визначаються по формулах:

при роботі на зріз:

(8.1)

при роботі на змяття

(8.2)

при роботі заклепки на відрив головки

(8.3)

при роботі болта на розтяг

(8.4)

Тут - зусилля, що припадають на один болт або одну заклепку; - діаметр болта в болтове з'єднання або діаметр отвору в заклепочному; - найменша сумарна товщина листів, змінна в одному напрямку болтом або заклепкою; - внутрішній діаметр болта по нарізці; - кількість площин зрізу в одному напрямку.

Гранична несуча здатність одного болта або заклепки визначається за формулами:

при роботі на зріз

(8.5)

при роботі на змяття

(8.6)

В з'єднаннях на високоміцних болтах несуча здатність одного болта визначається за формулою

(8.7)

де Р = 0,65 - осьове зусилля натягнення болта; - тимчасовий опір розриву сталі високоміцного болта; - площа перетину болта нетто (по різьбі); - число площин тертя; - коефіцієнт тертя, що приймається по таблиці 1.7; - коефіцієнт умов роботи болтового з'єднання, рівний 0,9.

Тимчасовий опір розриву для термооброблених болтів із сталі марки 35 приймається рівним 8000 кгс/см2, із сталі 40Х-11000, із сталі 40ХФА і 38ХС — 13500 кгс/см2.

Необхідна кількість болтів або заклепок в з'єднанні визначається виходячи з мінімальної здатності одного болта або заклепки, що несе, по формулі

(8.8)

де - мінімальна несуча здатність одного болта або заклепки з умови зрізу, змяття або несучої здатності високоміцного болта.

При роботі болтові або заклепочних з'єднанні на вібраційні навантаження розрахунковий опір матеріалу множиться на коефіцієнт зниження напруг або вібраційної навантаженності .

Таблиця 8.1 – Значення коефіцієнта тертя

Спосіб попередньої обробки (очищення) з’єднуваних поверхонь	Значення для з'єднання елементів конструкції із сталі
	Вуглецевої С38/24	Низько легованої С44/24, С46/33, С52/40	Високо міцної С60/45, С70/60, С85/75
- Пневматична; кварцевим піском з складом SiO2 не нижче 94 % або металічним порошком	0,45	0,55	0,55
- Хімічна; розчинами кислот, травильними пастами	0,45	0,50	0,50
- Вогнева; багатополуменевими пальниками на ацетилені	0,40	0,45	0,45
- Стальними ручними або механічними щітками	0,35	0,35	0,40
Закінчення таблиці 8.1
- Без обробки (при місцеві заміні заклепок або болтів)	0,25	0,25	0,35

При роботі болтові або заклепочних з'єднань на розтяг або стиск зусилля між усіма болтами або заклепками розподіляється рівномірно (рис. 8.). Зусилля, що припадають на один болт або одну заклепку, рівні:

(8.9)

де - зусилля, що сприймається з'єднанням; - кількість болтів або заклепок по один бік стику.

При роботі з'єднання на вигин зусилля, що припадають на найбільш віддалену від осі стику заклепку або болт, визначається за формулою

(8.10)

де - згинаючий момент, що діє на з'єднання; - максимальна відстань між парою найбільш віддалених заклепок або болтів від осі стику, що проходить через центри тяжіння з’єднуваних елементів; - сума квадратів відстаней між парами болтів або заклепок в одному ряду щодо осі стику; - число рядів болтів або заклепок з одного боку стику.

При внецентровому розтягненні або стисненні (рис. 8.1 в) зусилля в найбільш віддаленої від осі стику заклепки або болти визначається за формулою

(8.11)

При роботі з'єднання на вигин і зріз (рис. 8.1, г) зусилля в найбільш віддаленої від осі стику заклепки або болти рівне

(8.12)

де - поперечна сила, що сприймається стиком.

Розрахункові опори болтових (табл. 8.1) і заклепувальних (табл. 8.2) з'єднань залежать від вигляду напруженого стану, матеріалу болтів або заклепок і групи з'єднань В або С.

В багато болтових з'єднаннях на болтах грубої і нормальної точності розрахункові опори зрізу знижуються за рахунок нерівномірного розподілу напружень між болтами.

Рисунок 8.1 - Схема болтових або заклепувальних з'єднань, що працюють на розтягування або стискування (а), вигин (б), відцентрове розтягування або стискування (в), вигин і зріз (г).

Конструктивні вимоги до болтових і заклепувальних з'єднань. В однієї конструкції слід приймати мінімальне число різних діаметрів і довжин болтів або заклепок. В робочих елементах конструкцій число болтів або заклепок має бути не менше двох.

Болти і заклепки в прокатних елементах слід розташовувати по ризиках в рядовому або шаховому порядку (додаток VI, таблиця 11, 12, 13).

Таблиця 8.2 – Розрахункові опори заклепувальних з’єднань

Напружений стан і група з’єднань	Позначен-ня	Розрахункові опори, кгс/см2
		Зрізу і розтягу заклепок з сталі марки		Змяттю з’єднувальних елементів конструкцій з сталі класу
		Ст2	09Г2	С38/23	С44/29	С46/33	С52/40
Зріз В Зріз С Змиття В Змиття С Розтяг (відрив головок)		1800 1600 - - 1200	2200 - - - 1500	- - 4200 3800 -	- - 5200 - -	- - 5800 - -	- - 6800 - -

Таблиця 8.3 – Розрахункові опори болтових з’єднань

Болти	З’єднання	Напружений стан і група з’єднань	Позначен-ня	Розрахункові опори кгс/см2
				розтягу і зрізу болтів із сталі класу			змяття з’єднаних елементів конструкцій із сталі класу
				4,6	5,6	8,8	С38/23	С44/29	С46/33	С52/24
Підвищеної точності	Одно-болтові і багато-болтові	Розтяг Зріз В Стиск В		- - -	- - -	4000 3000 -	- - 3800	- - 4700	- - 5200	- - 6100
Нормальної точності	Одно-болтові	Розтяг Зріз В Стиск В		1700 1500 -	2100 1700 -	4000 3000 -	- - 3800	- - 4700	- - 5200	- - 6100
	Багато-болтові	Розтяг Зріз В Стиск В		1700 1300 -	2100 1500 -	4000 2500 -	- - 3400	- - 4200	- - 4600	- - -
Грубої точності	Одно-болтові	Розтяг Зріз В Стиск В		1700 1500 -	2100 1700 -	- - -	- - 3800	- - -	- - -	- - -
	Багато-болтові	Розтяг Зріз В Стиск В		1700 1300 -	2100 1500 -	- 3400 -	- - -	- - -	- - -	- - -

Примітки:

1. Характеристику групи В болтового з'єднання див. в примітці 1 до таблиці 8.2.

2. При вживанні в елементах, що сполучаються, конструкцій прокату товщого, ніж вказано в додатку V, розрахункові опору тому, що зім'яло встановлюються відповідно до вказівок примітки 2 до таблиці.

Таблиця 8.4 - Найбільш вживані діаметри болтів і заклепок

Болти грубої, нормальної, підвищеної точності та високоміцні

Діаметр, мм		Площу перетину, см2		Діаметр, мм
болта	отвору			заклепки	отвору
12	15	1,13	0,76	12	13
(14)	17	1,54	1,05	(14)	15
16	19	2,01	1,44	16	17
18	21	2,25	1,75	(18)	19
20	23	3,14	2,25	20	21
22	25	3,80	2,81	22	23
24	27	4,52	3,24	24	25
(27)	30	5,73	4,27	(27)	28
30	33	7,07	5,19	ЗО	32

Примітки:

1. Діаметри болтів і заклепок в дужках застосовувати не рекомендується.

2. Отвори під болти підвищеної точності рівні діаметром болта.

Таблиця 8.5 – Розміщення болтів і заклепок

Характеристика розміщення

Величина відстані в стальних конструкціях

Відстань між центрами болтів і заклепок в будь-якому направленні а) мінімальне: для болтів для заклепок б) максимальне в крайніх рядах при відсутності кутників: при розтягу і при стисненні в) максимальне в середніх рядах при наявності кутників при розтягненні при стисненні Відстань від центру болта або заклепки до краю елемента а) мінімальне вздовж зусиль б) поперек: при подібних кромках при прокатних в) максимальне

3d 3d 8d або 12 16d або 24 12d або 18 2d 1.5d 1.2d 4d або 8

Примітка:

Тут d - діаметр отвору; - товщина тоншого зовнішнього аркуша пакету.

Розміщення болтів і заклепок повинне вироблятися відповідно до таблиці. 8.5; в робочих з'єднаннях крок їх має бути мінімальним, а в конструктивних — максимальним.

При конструюванні болтових і заклепувальних з'єднань слідує прагнути до симетричної передачі зусилля відносно силового потоку. У з'єднаннях з однобічними накладками або при однобічному кріпленні елементу у зв'язку з несиметричною передачею зусилля кількість болтів і заклепок слідує збільшити на 10%. При з'єднанні листів різної товщини ставляться компенсуючі прокладки. Кількість болтів або заклепок, працюючих через прокладку, збільшується на 10%.

У стиках профільного металу при однобічному розташуванні накладок, у зв'язку з великою жорсткістю профілю, кількість болтів або заклепок проти розрахункового не збільшується.

При передачі зусилля в з'єднання через коротиші загальне число болтів або заклепок збільшується на 50% проти розрахункового.

Площа накладок в з'єднанні має бути не менше площі елементів, що сполучаються, з врахуванням ослаблення отворами, звичайно площу накладок приймають на 10—20% більше площі з'єднувальних елементів.

Якщо товщина пакету, що сполучається, перевищує п'ять діаметрів заклепки або сім діаметрів при заклепках з підвищеною голівкою, в конструкціях слід застосовувати болти підвищеної точності. Довжина заклепок залежить від товщини пакету, що сполучається, і приймається:

де - товщина пакету; - коефіцієнт, що визначає довжину стержня заклепки, необхідну для повного заповнення отвору; - довжина стержня заклепки, необхідна для утворення голівки; - припуск, що враховує можливе збільшення діаметру отвору.

Значення величини - приймаються по таблиці 8.6.

Таблиця 8.6 – Значення коефіцієнтів для визначення довжини заклепок

Коефіцієнти	Вид замикаючої головки	Діаметр заклепок, мм
		18	20	22	24	27
А В С	Напівкругла і потайна Напівкругла Потайна Напівкругла і потайна	1.11 19,0 4.3 5—9	1.11 22,3 6.2 5—10	1,10 25.7 7.3 6-10	1,08 28,9 8,2 6-11	1,12 32,2 9,3 7—12