2. Работа и расчет соединений на высокопрочных болтах.

Силы сдвига в соединениях на высокопрочных болтах передаются за счет трения между поверхностями

соединяемых элементов, интенсивно сжатых натяжением болтов. Есть несущая способность болта Qbh определяется силами трения. Для одной поверхности трения

Q_bh = F_bh ∙ μ γ_b / γ_h где Fbh - усилие натяжения болта; μ - коэффициент трения; γ_h - коэффициент надежности для соединения на высокопрочных болтах. Сила натяжения болта ограничивается его несущей способности на

растяжение: Fbh = Rbh ∙ Abn, где Rbh - расчетное сопротивление материала высокопрочного болта растяжении;

Abh - площадь болта нетто.Силу натяжения болтов Fbh и способ ее контроля обязательно обозначают на чертежах.

Существенно влияет на несущую способность болтового соединения состояние контактных поверхностей, а следовательно и коэффициент их трения между собой. Конкретные значения μ в зависимости от обработки поверхностей представлены в нормах.

Таким образом, проектируя соединения с большей количеством поверхностей трения, можно уменьшить количество болтов и улучшить технико-экономические показатели (стоимость, металлоемкость и трудоёмкость).

Проверку прочности соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под болты, выполняют при динамических нагрузках - по площади сечения нетто Ап, а при статических нагрузках - по площади брутто А, когда Ап ≥ 0,85 А, или условным расчетной площадью Ас = 1 , 18 Ап для значений Ап <0,85 А.

2. Конструктивные требования предъявляемые к болтовым соединениям

Что касается норм допускаемых напряжений для материала швов, то они принимаются различными в зависимости от способа сварки (ручная и автоматическая), а также от состава и толщины защитной обмазки электродов. Задавшись размерами одного из швов (обычно флангового), находят необходимую длину другого. При этом ширина прорези d принимается равной двойной толщине прорезанного металла, длина — не более двадцати толщин. При проверке прочности сварных швов учитывается возможный непровар в начале шва и образование кратера в конце. Поэтому расчетная длина шва принимается меньшей, чем действительная или проектная на 10 мм. Необходимо отметить, что наиболее простым и надежным видом соединения является соединение встык, образуемое путем заполнения зазора между торцами соединяемых элементов наплавленным металлом. Соединение встык осуществляется, в зависимости от толщины соединяемых элементов, по одному из типов, показанных на Рис.2. Проверка прочности производится на растяжение или сжатие по формуле: Здесь  —условная рабочая площадь сечения шва, где расчетная длина шва  , а высота шва h принимается равной толщине свариваемых

элементов t.

2. Характеристика болтовых и заклепочных соединений

Заклепочные и болтовые соединения осуществляют путем постановки металлических стержней в совмещенные отверстия соединяемых элементов.

Заклепочные соединения в настоящее время не применяют при изготовлении строительных стальных конструкций вследствие своей не технологичности. Однако инженеру приходится сталкиваться с этими соединениями при анализе работы эксплуатируемых конструкций. Имеются примеры высокой долговечности заклепочных соединений как при работе на статические нагрузки (более 100 лет), так и при динамических нагрузках (мосты, подкрановые балки - 50...75 лет). Эти факты являются предметом исследований механизмов износа заклепочных соединений и причин их высокой надежности.

В заклепочном соединении заклепки ставят в горячем состоянии (800...850°С) и выполняют вторую замыкающую головку, при этом в результате осадки стержня происходит заполнение отверстия.. Клепку ведут специальной клепальной скобой (на заводах металлических конструкций) или клепальным молотком (на монтажных площадках). Заканчивают клепку при температуре заклепки ниже распада аустенита, что обеспечивает качественное соединение. При остывании заклепка стягивает пакет соединяемых элементов, обеспечивая передачу внешних усилий через силы трения. Материал заклепок должен обладать высокими пластическими свойствами, так как их изготовление и работа связаны с большими пластическими деформациями, а форма - с концентрацией напряжений в точках перехода от стержня к головке. Поэтому для заклепок применялись специальные стали: заклепочная Ст 2 и Ст 3 или низколегированная 09Г2С. Эти стали подвергаются специальным испытаниям (проба на осаживание), гарантирующим требуемую пластичность.

Болтовые соединения в строительных конструкциях начали применять несколько раньше заклепочных - одновременно с появлением чугунных конструкций (примерно с половины XVIII в.), а практика использования болтовых соединений также показала их надежность в работе.

Болтовые соединения широко применяют при монтаже конструкций. Это объясняется простотой выполнения соединения и отсутствием сложного оборудования.

В соединениях стальных конструкций применяют обычные болты (ГОСТ 22356 - 70*), высокопрочные болты (ГОСТ 22356 - 77) и болты анкерные (фундаментные) (ГОСТ 24379.1 - 80). Болты обычные и высокопрочные используют для соединения элементов стальных конструкций друг с другом, а болты анкерные - для присоединения конструкций к фундаменту. Обычные болты изготовляют грубой. нормальной и повышенной точности или классов точности С. В и А соответственно. Для нерасчетных монтажных соединений следует применять болты класса точности С. а для соединений, воспринимающих расчетные усилия, - болты класса точности В и А.

Болты класса точности С ставят в отверстия, диаметр которых на 2...3 мм больше диаметра стержня болта. При этом достигается легкость постановки болтов в отверстия с небольшой "чернотой", т.е. с некоторым несовпадением стенок отверстий смежных соединяемых элементов конструкции. При приложении к такому соединению внешнего усилия имеют место значительные перемещения, обусловленные разностью в диаметрах болта и отверстия, а также неодновременностью вступления в работу всех болтов соединения. По этой причине болты класса точности С ставятся конструктивно без расчетов.

Болты класса точности В устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра стержня болта. Поэтому такие соединения менее деформативны по сравнению с соединениями на болтах класса точности С и требуют более высокой точности при образовании отверстий в соединяемых элементах конструкций.

Болты класса точности А устанавливают в отверстия, которые просверлены на проектный диаметр в собранных элементах и их диаметр больше диаметра стержня болта на 0,25 - 0,30 мм, а сами болты имеют только минусовой допуск на диаметр стержня. Такие болты изготовляют точением и поэтому имеют высокую стоимость. При приложении нагрузки к такому соединению все болты практически одновременно вступают в работу и поэтому соединение мало-деформативно, однако требует высокой точности исполнения отверстий в соединяемых деталях.

По прочности болты подразделяют на классы прочности. Класс прочности болта обозначают двумя цифрами, разделенными точкой, например 4.6, 5.8, 6.6. В обозначении класса прочности болта закодированы механические свойства материала болта:

- первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта в кН/см²;

- произведение чисел - предел текучести материала болта в кН/см²;

- вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σ_y / σ_u в %.

Класс прочности указывают на головке болта выпуклыми цифрами. В зависимости от условий эксплуатации требования к классу прочности болтов дифференцированы.