Болтовые соединения

Достоинства: простота выполнения, надежность.

Недостатки:

- для соединения требуются дополнительные элементы, так называемые метизы (болты, гайки, шайбы)

- необходимость выполнять отверстия, которые ослабляют сечения в отдельных местах (выполняются проверочные расчеты при необходимости)

Различают следующие классы болтовых соединений:

1. Соединения грубой точности (класс точности С) Разница между диаметром отверстия и диаметром болта d_отв – d_b=2-3 мм. Применяются в монтажных стыках, элементах пространственных конструкций при работе на сдвиг или растяжение

2. Соединения нормальной точности (класс В) d_отв – d_b=1 мм. Применяются в монтажных стыках конструкций для установки элементов в проектное положение. В ряде случаев требуется контрольная сборка.

3. Соединения повышенной точности (класс А) d_отв – d_b=0,5 мм.

Выполняется только в заводских условиях при установке конструкции в кондукторах. Применяется при невозможности выполнить сварные соединения.

Болты в соединениях различаются по прочности:

-болты обычной прочности

- высокопрочные болты

Болты обычной прочности подразделяются на классы b₁x b₂, например 4.6, 5.6, 8.8, 10.9, 6.6. При перемножении чисел предел текучести стали болта в кН/см². При умножении b₁ на 100 – отношение R_yn/ R_un в %.

Высокопрочные болты: 40X “Селект”, 110ХЛ – обозначение марок сталей болтов. В данном случае низколегированных сталей. Классы прочности подписываются на торцах болтов.

Применяются болты диаметром от 12 до 48 мм, длиной 50-300 мм. По количеству болтов различают одноболтовые и многоболтовые соединения.

Расчет болтовых соединений.

СП предусматривают вида расчёта:

1. на срез.

2. на смятие металла под болтом.

3. на растяжение.

При расчётах определяют max усилие способное восприниматься одним болтом.

П ри расчётах на срез max усилие определяется по формуле:

р асчётное сопротивление болта срезу, принимаемое в зависимости от класса прочности по требованию пункта 6 СП 16.13330.2011.

А_b- площадь болта = πd_b²/4.

n_s- количество болтов или количество расчётных срезов 1 болта

к оэффициент условий работы болтового соединения, принимаемый в зависимости от количества болтов в соединении, класса прочности и точности. коэффициент условий работы конструкции.

Расчёт на смятие металла под болтом.

Max усилие способное восприниматься 1 болтом определяется:

р асчётное сопротивление болтового соединения смятию.

d_b-диаметр болта.

∑t-наименьшая сумма толщин элементов сминаемых в 1 направлении.

Расчёт болтовых соединений на растяжение.

Болты на растяжение работают во фланцевых соединениях.

Наибольшее усилий способное восприниматься одним болтом на растяжение определяется по формуле: N_bt=R_bt*A_bt*γ_c;

R_bt – расчётное сопротивление болтов растяжению в зависимости от класса болтов;

A_bt – площадь болта netto (без учёта резьбы);

γ_c – коэф. условия работы.

При действии силы N проходящей через центр тяжести соединяемых элементов, болты в соединении загружены равномерно. Количество болтов определяется по формуле: n=N/N_b,min;

N – усилие действующее на соединение;

N_b,min – min значение усилий определённых на срез, смятие или растяжение.

Кроме того при действии на болтовое соединение одновременно изгибающих моментов и сдвигающих сил, должно выполнятся условие:

;

, - усилия возникающие в болтах от действия внутренних усилий;

, - расчётное значение усилий способны воспринимать одним болтом.

Конструктивные требования к болтовым соединениям.

1)Предусматриваются мероприятия против развинчивания гаек путём установки контр-гаек или пружинных шайб.

2) При установке болтов в полках уголков следует предусматривают следующую схему:

3)При установке болтовых соединений на внутренней поверхности профилей имеющих уклон предусматриваются косые шайбы.

4) Допускается крепить элементы конструкций одним болтом.

Соединения на высокопрочных болтах. Фрикционные соединения.

Расчёт и конструирование фрикционных соединений ведётся в соответствии п14.3. фрикционные соединения предусматривают передачу усилий за счёт трения поверхностей соединяемых элементов, болты при этом устанавливают с контролирующим ключом. Натяжение болтов создаётся с помощью динамометрических ключей. Предусматривается обработка дробью или газопламенным способом. При небольших усилиях допускается обработка стальными щетками. Рассматриваемый вид соединений применяется в конструкциях с пределом текучести выше 375МПа воспринимающие вибрационные, подвижные или другие динамические нагрузки.

Расчётное усилие способное восприниматься 1-ой поверхностью трения стянутая одним болтом определяется по формуле: ;

R_bh – расчётное сопротивление растяжению высокопрочных болтов;

A_bh – площадь болта по резьбе;

µ - коэф. трения принимаемый в зависимости от способа обработки поверхности;

γ_А – коэф. принимаемый по таблице 42 в зависимости от способа обработки и вида нагрузки на соединение. Необходимое количество болтов во фрикционном соединении определяется по формуле: n=N/(Qbh*k*ϒ_B*ϒ_C);

k – количество плоскостей трения;

γ_B – коэф. условия работы фрикционного соединения, принимается в зависимости от количества болтов.

Сварные соединения.

Достоинства: 1) высокая прочность надёжность, возможность индустриального изготовления сварных соединений; 2) водо- , газо- непроницаемость. Недостатки: наличие концентрации напряжений в местах установки сварных соединений. Концентрация напряжений вследствии усадочных деформаций при остывании сварных швов.

Виды сварных швов (соединений):

1. Выполненные вручную (ручная сварка). Выполняются электродами, которые имеют следующую маркировку Э42, Э46А, Э50. Марка электрода принимается в зависимости от марки стали соединяемых элементов. «А»-наличие дополнительных пластических свойств соединения. Может применяться для компенсации усадочных деформаций.

2. Полуавтоматическая сварка- выполняется сварочными аппаратами, перемещаемыми вдоль конструкции, при этом используется сварочная проволока или стальной порошок.

3. Автоматическая сварка. Вып-ся сварочными аппаратами, перемещающимися вдоль конструкции. Применяется при наличии протяжённых сварных швов. Например в сварных балках.

4. Виды сварных соединений подразделяются по конструктивному признаку:

1. Сварные соединения встык

2. Угловые сварные соединения

3. Тавровые сварные соединения

Применяются сварные соединения с накладками.

Комбинированные сварные соединения

Схема равнополочного стыка 2-х двутавров

Накладки и сварные швы, объединяющие стенки двутавра воспринимают продольные силы, действующие в элементе. Накладки по верхней и нижней полке воспринимают действие изгибающих моментов и продольных сил. При выполнении сварных стыковых швов следует учитывать дефекты сварного шва, непровары и кратеры. l_w=l-2t,

l-геометрич длина,

t-толщина соединяемых элементов.

Для угловых швов дефекты сварного соединения в начале и в конце сварного шва так же учитываются в расчетной длине как l-1см. l-длина сварного углового шва. Для выполнения сварки стык швов с полным проваром по всей длине (без учета дефектов сварного соединения ) сварной шов выполняется с подкладкой.

С целью полного провара сварных стыковых швов по толщине элемента предусматривается разделка кромок.

Разделка кромок выполняется t>=6мм.

Виды раздела кромок:

1. V-образная 1-стороннее 2-стороннее

Применяется при 6<t<12 мм

2. К-образный вид

Толщина соединяемых элементов до 24мм

Х-образная. t<=60мм.

При выполнении сварных стыковых швов в заводских условиях как правило предусматривается физический контроль качества сварных швов. При этом расчетное сопротивление сварного стыкового шва R_wy=0,85R_{y .} Сварные швы выполняются прерывистыми или сплошными. Например прерывистый сварной шов предусматривается для крепления листового настила к балкам настила. Характеризуется длиной катетов и расстоянием между участками сварных швов

Заводской сварной шов Монтажный сварной шов

Сплошные сварные швы выполняются в балках составного сечения.

По положению в пространстве сварные швы могут быть:

1) горизонтальные (I)

2) вертикальные (II)

3) потолочные (III)

В заводских условиях следует предусматривать положение сварного шва «в лодочку»:

Основные конструктивные требования к сварным швам:

1) в заводских условиях не допускаются пересечения сварных швов или скопления создающих концентрацию напряжений

2) длина сварного шва должна быть не менее 40 мм и не менее 4 катетов сварного шва, т.е.:

lw ≤ 40

lw ≤ 4*Kf

это для сплошных швов.

Для прерывистых сварных швов:

lw ≤ 0,75*b

b-наименьшая ширина свариваемых элементов

3) сварные швы располагают симметрично относительно действия внутренних усилий

4 ) при изготовлении предусматриваются мероприятия по снижению концентрации напряжений. Например:

- в сварных составных балках предусматривается следующая последовательность выполнения сварных швов:

РАСЧЕТ СВАРНОГО СТЫКОВОГО ШВА

Расчет на прочность сварного стыкового шва выполняется по формуле:

t-наименьшая толщина из свариваемых элементов (в данном случае t=t1)

- расчетное сопротивление сварного стыкового шва, принимается в зависимости от марки стали и наличия контроля качества сварных швов.

При недостаточной прочности предусматривается косой стыковой шов.

РАСЧЕТ СТЫКОВОГО ШВА НА ДЕЙСТВИЕ МОМЕНТОВ

Расчет на прочность выполняется по формуле:

t=t1

РАСЧЕТ СВАРНЫХ УГЛОВЫХ ШВОВ

СХЕМА УГЛОВОГО ШВА

«- - - - -» - зона сплавления с основным металлом

При расчете на прочность сварных угловых швов, подверженных действию продольной силы N, выполняются проверки прочности по металлу шва (l-l) и по границе сплавления (ll-ll):

по (l-l)

по (ll-ll)

βf иβz – принимаются в зависимости от вида сварки, положения сварного шва и катета шва (табл. 39)

Kf – катет сварного шва – принимается по минимальному значению в зависимости от вида сварки, вида соединения и наиболее толстого из свариваемых элементов (табл. 38).

при этом Kf не должен превышать:

Kf ≤ 1,2*t min

t min – толщина наиболее тонкого из свариваемых элементов.

lw – расчетная длина сварного углового шва с учетом непроваров и кратеров.

Rwf и Rwz – расчетные сопротивления сварных угловых швов срезу.

Принимаются в зависимости от марки стали соединяемых элементов и вида и марки сварочных материалов.