Работа и расчет болтовых соединений

Соединения на болтах являются распространенным видом крепления металлических конструкций и их элементов. Этому способствуют преимущества болтовых соединений по сравнению с другими видами соединений:

− простота установки болтов;

− болты дают возможность плотно стянуть соединение;

− правильность установки болтов контролируется автоматически, т.е с совпадением отверстий в соединяемых элементах.

В зависимости от механических свойств сталей, из которых выполняются болты, последние делятся на классы прочности. Класс прочности обозначен двумя цифрами, разделенными точкой, например 4.6, 5.8, 6.6

− первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта, кН/см 2 ;

− вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σ y /σ u , %.

Болты классов точности С и В изготавливают из углеродистых и малоуглеродистых сталей (ВСт3, ВСт5 и др.). Эти болты удобны при монтаже конструкций, но эти соединения довольно деформативны и являются в основном фиксирующими соединениями.

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. При приложении нагрузки к такому соединению все болты практически одновременно вступают в работу. Эти болты изготавливают из углеродистых и низколигированных сталей.

Б олтовые соединения конструктивно представляют собой нахлесточные соединения, в которых усилия с одного рабочего элемента на другой передаются при помощи вспомогательных деталей – накладок. Основной вид работы болтовых соединений – работа на сдвиг. Распределение продольной силы N принимают во всех соединениях равномерным, что дает основание считать несущую способность каждого болта одинаковой. Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом, определяют формулами:

− из условия работы на срез Nb = Rbs A n_s γ_b

− из условия работы на смятие N_b = Rbp ⋅ d ⋅∑t γ_b

− из условия работы на растяжение Nb = Rbt Abn

Пояснение см. в СП

Количество болтов в соединении определяют:

n>=N/y_c*N­_min

где Nmin - наименьшее значение расчетного усилия, воспринимаемого одним болтом из условия его работы на срез, смятие и растяжение.

Для изготовления высокопрочных болтов применяют легированные стали, так как они обладают хорошей прокаливаемостью, что обеспечивает более равномерное распределение механических свойств по сечению болта после его термической обработки (40X «селект», 48ХФА «селект» и др.).

Прочность соединений на высокопрочных болтах зависит от сил трения, возникающих по соприкасающимся плоскостям соединения под влиянием натяжения болтов. Соединение будет тем более эффективно, чем выше коэффициент трения. Для строительных конструкций повысить коэффициент трения можно за счет повышения шероховатости поверхностей, что достигается специальной обработкой поверхностей.

Расчет прочности соединения на высокопрочных болтах выполняют в предположении, что внешнее усилие распределяется между болтами равномерно.

Расчетное усилие, воспринимаемое поверхностью трения под одним высокопрочным болтом, определяют по формуле:

Q_bh = R_bh*y_b*A_bn*u/y_h

Пояснение см. в СП

Количество высокопрочных болтов в соединении:

n>=N/y_c*Q_bh*n_br

где nbr - число плоскостей трения соединяемых элементов. При конструировании болтовых соединений следует стремиться к передаче усилия с одного элемента на другой кратчайшим путем при одновременном обеспечении удобства выполнения соединения. Болты располагают в соединении по прямым линиям – рискам, параллельным действующему усилию. Расстояние между смежными рисками называют дорожкой, а расстояние между двумя смежными по риске болтами – шагом. Расстояние между центрами болтов нормируется, исходя из прочности элементов соединения и удобства выполнения работ. Размещение болтов по рискам может быть рядовым или шахматным. Минимальное расстояние определено из условия прочности основного материала между отверстиями, максимальное – из условия обеспечения плотности соединения при его работе на растяжение и устойчивости отдельных элементов соединения в промежутках между болтами – при восприятии сжимающих усилий. В расчетных стыках и узлах прикрепления элементов для уменьшения расхода металла на накладки необходимо принимать минимальный шаг бол- тов. В слабо нагруженных соединениях расстояние между болтами необходимо назначать максимальным для уменьшения их количества. При конструировании болтовых соединений следует стремиться к применению болтов одного диаметра в пределах каждого конструктивного элемента и к наименьшему числу диаметров болтов во всем сооружении. Стыки и прикрепления листового металла могут выполняться внахлестку и в стык с применением односторонних или двусторонних накладок.