МК1 лекция 5

1. Металлические конструкций І

Преподаватель:
Танирбергенова Анар Амирхановна,
к.т.н., ассоц. проф.
кафедры «Строительство и строительные материалы»

2. Лекция 5. Расчет болтов и заклепок на срез, смятие и на растяжение. .

План лекций:
Расчет болтов и заклепок на срез, смятие и на растяжение.
Конструирование болтовых и заклепочных соединений.

3. Общие соображения

Болтовые соединения, в отличие от сварных, имеют более простую технологию
выполнения и поэтому широко применяются при монтаже. Монтажные болты
устанавливаются примерно в 2 раза быстрее, чем производится сварка. Болтовое
соединение является разъёмным.
В строительстве
применяются:
Обычные болты с
гайкой и шайбой;
Фундаментные
(анкерные) болты;
Самонарезающие
болты.

4. Условные обозначения

Постоянные болты в заводских и монтажных соединениях
Условные обозначения
Временные болты в монтажных соединениях
Высокопрочные болты
Однако болтовые соединения по сравнению со сварными являются более
металлоёмкими и весьма деформативными. Последний недостаток
устраняется применением фрикционных соединений на высокопрочных
болтах.

5. Классы точности болтов

В зависимости от требований к точности диаметра болтов различают три класса точности (А, B, C):
Класс точности болтов
Характеристика
Допуск на отклонение
диаметра болта от
номинального
А
Болты повышенной точности
– 0,3 мм
В
Болты нормальной точности
0,52 мм
С
Болты грубой точности
1,0 мм
В зависимости от требований к точности диаметра отверстий различают «чистые» и «чёрные» болты:
- в соединениях на болтах классов точности В и С диаметр отверстия превышает диаметр болта на
2…3 мм (в отдельных случаях – на 3…5 мм), что позволяет просверливать отверстия в каждой
детали в отдельности – это «чёрные» болты;
- в соединениях на болтах класса точности А диаметр отверстия не должен превышать диаметр
болта более чем на 0,3 мм (такие отверстия получают, например, сверлением их на проектный
диаметр в собранных элементах) – это «чистые» болты; раньше они использовались в особо
ответственных соединениях, а сейчас из-за трудоёмкости установки их применяют редко, более
эффективными являются высокопрочные болты.

6. Классы прочности болтов

В зависимости от прочностных характеристик болты делят на классы прочности:
Характеристика
Болты обычной прочности
Высокопрочные болты
Применяемая сталь
малоуглеродистая
низколегированная
Классы прочности болтов
4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8
10.9; 12.9
5.8
(классы прочности записываются через точку)
первое число, умноженное на 100, равно временному сопротивлению, МПа;
произведение чисел, умноженное на 10, равно пределу текучести, МПа.
Наиболее широко применяют болты классов прочности 5.8 и 5.6 диаметром 16, 20, 24 мм.

7. Виды болтовых соединений

Наиболее широкое распространение получили следующие виды болтовых соединений:
Срезные соединения - воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления болтов срезу
и соединяемых элементов смятию, вследствие чего обладают повышенной деформативностью.
Фрикционные соединения (сдвиго устойчивые соединения на высокопрочных болтах) воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления сил трения, возникающих по
контактным плоскостям соединяемых элементов от предварительного натяжения болтов.
Усилия натяжения контролируют, а соединяемые поверхности подвергают обработке.
Фрикционно-срезные соединения (комбинированные).
Фланцевые соединения - воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления болтов
растяжению; здесь несущая способность болтов используется наиболее полно.

8.

Расчет болтовых и заклепочных соединений
Внешние усилия в болтовом или заклепочном соединении стремятся
сдвинуть соединяемые элементы один относительно другого.
Болты или заклепки препятствуют этому сдвигу, в них возникают
деформации. В болтах и заклепках возникает очень сложное
напряженное состояние: по плоскости соприкосновения двигаемых
элементов возникают, срезывающие напряжения от поперечного
давления элементов возникают сминающие напряжения; искривление
болта или заклепка вызывает изгибающие напряжения и, кроме этого,
от первоначального натяжения остаются растягивающие напряжения.
Наиболее существенными из этих напряжений, определяющими
работу
соединения,
являются
срезывающие
и
сминающие
напряжения. Поэтому условной расчетной схемой болтового или
заклепочного соединения при взаимном сдвиге соединяемых
элементов принимают схему работы их на срез и на смятие
соединяемых элементов ( смятие болта без его среза быть не может,
поэтому на прочность проверяют металл соединяемых элементов).

9.

Расчет болтов и заклепок на срез
где п – число болтов или заклепок в соединении;
расчетное усилие, действующее в соединении;
– число рабочих срезов одного болта или заклепки;
d – наружный диаметр болта в болтовом соединении или
диаметр отверстия в заклепочном соединении;
- коэффициент условий работы соединения.

10.

Расчет болтового и заклепочного соединения на смятие
где
–
расчетная площадь смятия, условно принимаемая как произведение
диаметра болта (или диаметра отверстия под заклепку) d на наименьшую суммарную
толщину листов, сминаемых в одном направлении;
п – число болтов или заклепок в соединении.
Практически при расчете болтовых или заклепочных соединений удобно поступать
следующим образом.

11.

Определяют предельные расчетные усилия, которые может воспринять один болт
или заклепка из условий среза и смятия:
Тогда необходимое количество болтов или заклепок для восприятия расчетной силы
N в соединении:
Для облегчения расчетов предельные расчетные усилия на один болт или
заклепку вычисляют заранее и приводят в справочниках по металлическим
конструкциям.
Если болты или заклепки будут поставлены слишком близко к краю элемента или
один к другому, может произойти срез («выкалывание») металла элемента
соединения. Чтобы этого не произошло, расстояние вдоль усилия от центра
отверстия до края элемента не должно быть меньше двух диаметров отверстия, а
расстояние между центрами отверстий – меньше трех диаметров.

12.

Расчет болтов и заклепок на растяжение
Проверка заключается в том, что растягивающие напряжения от внешней
нагрузки в болтах или заклепках не должны превышать расчетного
сопротивления их материала растяжению
или необходимое число болтов в соединении
Где
– диаметр отверстия под заклепку.

13.

Расчет высокопрочных болтов
Передача усилий в соединении на высокопрочных болтах происходит в результате
сил трения, возникающих по соприкасающимся плоскостям. Расчетное усилие,
которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых
элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:
– расчётное сопротивление металла болта;
– коэффициент надежности;
– коэффициент трения, зависящий от способа очистки поверхностей;
– коэффициент условий работы соединения;
– площадь сечения нетто болта.

14.

Осевое усилие натяжения болта P зависит от механических
свойств его материала после термической обработки; при
закручивании гайки его доводят до 70 % предела прочности
материала болта.
Необходимое
количество
высокопрочных
соединении с расчетным усилием N
болтов
где k – количество поверхностей трения соединенных
элементов.
в

15. Конструктивные требования к размещению болтов

Размещение болтов
осуществляется в
соответствии с
конструктивными
требованиями
(табл. 39 СНиП).
s2
s1
s2
s1 2,5 db
s1 8 db
tmin
s1 12 tmin
s2 2 db
tmin
db
s2 4 db
s2 8 tmin
Минимальные расстояния между центрами отверстий болтов назначаются из условия прочности материала
соединяемых элементов.
Максимальные расстояния между центрами отверстий болтов назначаются
- при сжатии – из условия устойчивости соединяемых элементов на участке между болтами;
- при растяжении – из условия обеспечения плотного соединения элементов во избежание попадания в
зазоры влаги и пыли, способствующих коррозии.

16. Конструктивные требования к размещению болтов

Болты размещают в рядовом или шахматном порядке.
Линии, проходящие по центрам болтов, называют рисками. Расстояния между рисками
вдоль усилия называют шагом, а поперёк – дорожкой.
Шахматное размещение
Рядовое размещение
Шаг
Шаг
Риски
Дорожка
Риски
Дорожка

17.

18.

Конструирование болтовых и заклепочных соединений
При
конструировании соединения следует стремиться к
наилучшей передаче усилия с одного элемента на другой
кратчайшим путем при одновременном обеспечении удобства
выполнения соединения.
В
стыках и узлах прикрепленной (для экономии материала
накладок) расстояние между болтами и заклепками должно
быть минимальным. В слабо работающих – связующих,
конструктивных соединениях расстояние должно быть
максимальным,
чтобы
уменьшить
количество
болтов и заклепок. Болты и заклепки располагают в
соединении по прямым линиям – рискам, параллельным
действующему усилию.
Расстояние между смежными рисками называется дорожкой,
а расстояние между двумя смежными по риске болтами или
заклепками –шагом.

19.

Минимальное расстояние определяют условиями прочности основного
материала. Максимальное расстояние определяют устойчивостью сжатых
частей элементов в промежутках между болтами и заклепками или
условием плотности соединения растянутых элементов во избежание
попадания в щели влаги и пыли, способствующих коррозии элемента. При
конструировании болтовых и заклепочных соединений следует стремиться
к симметричной передачи усилий в соединение.
При применении односторонних накладок или соединений в нахлестку
силовой поток в соединениях перестает быть симметричным,
искривляется и в соединении возникает дополнительный момент, поэтому
расчетное число заклепок в таких соединениях следует увеличить на 10%.
Также ухудшается работа соединения, если усилие, с одного элемента на
другой передается не непосредственно, а через прокладки или
дополнительные коротыши. В этом случае общее количество заклепок на
коротышах увеличивают на 50% по сравнению с расчетом.
Если конструкция подвержена воздействию подвижных или вибрационных
нагрузок, то в ее болтовых соединениях предусматривают меры против
откручивания гаек: постановка контргаек, расчеканка резьбы болта либо
приварка гайки к стержню болта.

20.

В рабочих элементах конструкций число болтов и заклепок,
прикрепляющих элемент в узле или расположенных по одну сторону
стыка, желательно иметь не меньше двух независимо от действующего
усилия.
При конструировании болтовых и заклепочных соединений следует
стремиться к применению одного диаметра заклепок в пределах
каждого конструктивного элемента и к наименьшему числу различных
диаметров болтов и заклепок для всех элементов сооружения.
На чертежах проектов металлических конструкций отверстия, болты и
заклепки изображают специальными условными обозначениями.