20. Работа и расчет болтовых соединений на сдвиг.

21. Работа и расчет болтовых соединений на растяжение.

Работу болтового соединения можно разбить на четыре этапа. На 1-м этапе, пока силы трения между соединяемыми элементами не преодолены, сами болты не испытывают сдвигающих усилий и работают только на растяжение, все соединение работает упруго. Так работают сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. При увеличении внешней сдвигающей силы внутреннего трения оказываются преодоленными и наступает 2-й этап — сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отверстия и стержнем болта. На 3-м этапе сдвигающее усилие в основном передается давлением поверхности отверстия на стержень болта; стержень болта и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается, так как головка и гайка препятствуют свободному изгибу стержня. Постепенно плотность соединения расстраивается, силы трения уменьшаются и соединение переходит в 4-й этап работы, характеризующийся его упругопластической работой. Разрушение соединения происходит от среза болта, смятия и выкола одного из соед-х элементов или отрыва головки болта.

соединениях типа С. Трудность учета действительного сложнонапряженного состояния привела к тому, что в расчете принимается равномерное давление болта на стенку отверстия по всему диаметру болта. Это несоответствие расчета действительной работе учитывается условным характером расчетных сопротивлений. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом по смятию элементов, рассчитывается по формуле Nb = RbpγbdΣt;

Рис. 4.3. Работа болтов а — срез болта; б — смятие отверстия. Число болтов п в соединении при действии сдвигающей силы N, приложенной к центру тяжести соединения, определяют, предполагая работу всех болтов одинаковой (4.3.) где Nmin - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, Уc — коэффициент условий работы конструкции.

Расчет самих соединяемых элементов на прочность ведут с учетом ослабления сечения отверстиями по площади нетто, но с допущением упругопластической работы материала соединяемых элементов, учитываемой коэффициентом условий работы. Он принимается: для -сплошных балок, колонн и стыковых накладок =1,1, для стержневых конструкций покрытий и перекрытий =1,05 и учитывается одновременно с коэффициентом условий работы всей конструкции Уc; в) в соединениях на высокопрочных болтах с контролируемой силой натяжения болта (сдвигоустойчивых, фрикционных) силы стягивания соединяемых элементов болтами настолько велики, что при действии сдвигающих сил возникающие в соединении силы трения полностью воспринимают эти сдвигающие силы и все соединение работает упруго. Расчет элементов в местах стыков и соединений высокопрочными болтами в отличие от соединений на обычных болтах ведут без допущения упругопластической работы, так как соединение не имеет неупругих деформаций т. е. при Уc =1.

2. Работа и расчет соединений на растяжение

Если внешняя сила, действующая на соединение, направлена параллельно продольной оси болтов, то они будут работать на растяжение. Прикладывая внешние силы N к соединяемым элементам, будем постепенно заменять ими силы сжатия между элементами, не нарушая равновесия болт — элемент. При этом плотность соединения нарушена не будет. Тогда, когда внешние силы N начнут превышать внутренние начальные усилия стягивания болта, монолитность соединения нарушится и растягивающее усилие в болте начнет увеличиваться. Таким образом, прочность соединения определяется прочностью материала болтов на растяжение независимо от сил начального натяжения болта. В соединениях, работающих на растяжение, применяются болты из тех же сталей, что и для соединений, работающих на сдвиг. В этих соединениях усилия к болтам часто бывают приложены с эксцентриситетом (рис. 4.5, б), что заставляет снижать их расчетные сопротивления. Усилие, которое может быть воспринято одним болтом, определяют по формуле Nb = RbtAbn, где Rbt— расчетное сопротивление болтов растяжению, Abn— площадь сечения болта нетто. Аналогично формуле (4.3) определяют необходимое количество болтов в соединении, работающем на действие центрально приложенной растягивающей силы.Рис. 4.5. Работа болтов на растяжение а —фланцевое симметричное соединение; б — несимметричное соединение