Узлы и соединения металлических конструкций

1. Узлы и соединения Металлических конструкций

Металлические конструкции в
современном строительстве
© Корсун Н.Д., 2017
© ТИУ, 2017

2. 1. Виды соединений металлоконструкций

Сварные
Болтовые
Специальные
• основной вид
соединений
• дюбельные
• на
самонарезающих и
самосверлящих
винтах
• на
комбинированных
заклепках
фланцевые
срезные
фрикционные
фрикционносрезные
• клееболтовые
2

3.

Виды соединений по месту выполнения
Заводские
Монтажные
• преимущественно сварные
• преимущественно болтовые
3

4. 2. Сварные соединения

Виды сварки
Газовая –
кислородноацетиленовая
Электрическая
шлаковая
дуговая
контактная
- точечная
Современные
виды сварки
плазменная
ручная
лазерная
автоматическая
электроннолучевая
полуавтоматическая
4

5.

Материалы сварки
Сварочные
электроды по ГОСТ
9467
• Э42; Э42А
• Э46; Э46А
• Э50; Э50А; Э60; Э70
Сварочная
проволока по ГОСТ
2246
• Cв-08А; Св-08ГА
• Св-08Г2С; Св-10ГА
• Св-08ХГСМА и др.
Флюсы по ГОСТ 9087
Порошковая
проволока по ГОСТ
26271
• АН-348-А; АН-60
• АН-17-М; АН-43 и др.
• ПП-АН-3
• ПП-АН-8
5

6. Типы сварных соединений

стыковые
нахлесточные
угловые
тавровые
на электрозаклепках
6

7.

Классификация сварных швов
по месту выполнения
• заводские
• монтажные
по технологическому
исполнению
• односторонние и двусторонние
• с полным и неполным проваром
по расположению
относительно
действующих усилий
• фланговые
• лобовые
по расположению швов
в пространстве
по подготовке кромок
• нижние
• вертикальные
• потолочные
• со скосами кромок (одной, двух,
симметричными, несимметричными)
• без скоса кромок
7

8.

Сварные швы по расположению относительно
действующих усилий
фланговые швы
лобовой шов
8

9.

9

10. Расчет сварных стыковых швов

условия прочности стыкового шва
N / (tlw Rwy c ) 1
Длина стыкового шва:
lw b
-с выводными планками
lw b 2t
- без планок
10

11.

Расчет сварных угловых швов
условия прочности сварного углового
шва на действие силы N
1 – сечение по
металлу границы
сплавления
2 – сечение по
металлу шва
при
при
lw – расчетная длина шва,
f Rwf
1
z Rwz
f Rwf
1
z Rwz
lw l 1см
N
1
f k f lw Rwf c
N
1
z k f lw Rwz c
11

12.

условия прочности сварного углового шва на действие
момента в плоскости, перпендикулярной плоскости
расположения швов
при
при
f Rwf
1
z Rwz
f Rwf
1
z Rwz
M
1
W f Rwf c
M
1
Wz Rwz c
условия прочности сварного углового шва на действие
момента М и силы N
f
1
Rwf c
z
1
Rwz c
где f , z - геометрическая сумма напряжений от M и N
12

13.

условия прочности сварного углового шва на
действие момента в плоскости шва
M x2 y 2
1
( I fx I fy ) Rwf c
M x2 y 2
1
( I zx I zy ) Rwz c
13

14. Конструктивные требования к сварным соединениям

максимальный катет сварного шва – kf 1,2t
минимальный катет сварного шва – табл. СП 16.13330.2011
минимальная длина флангового сварного шва
4k f
lw
40 мм
максимальная длина флангового сварного шва
lw 85k f f
14

15.

15

16. 3. Болтовые соединения

Виды болтовых соединений
фланцевые
анкерные
срезные
фрикционные
другие виды: фрикционно-срезные;
клееболтовые; болто-заклепочные
16

17. Материалы болтовых соединений

Обычные болты
• ГОСТ Р 52627
• классы прочности:
• 5.6
• 5.8
• 8.8
• 10.9
• 12.9
Высокопрочные
болты
• ГОСТ Р 52643
• Классы
прочности/марки
стали:
• 6.8/40Х
• 8.8/40Х
• 9.8/40Х, 30Х3МФ
• 10.9/40Х,
30Х3МФ,
30Х2НМФА
• 12.9/20Х2НМТРБ
Фундаментные
болты
• ГОСТ 535
• Ст3пс2
• Ст3пс4
• Ст3сп2
• Ст3сп4
• ГОСТ 1050
• 20
• ГОСТ 19281
• 09Г2С-4
• 09Г2С-6
17

18. Расчетные сопротивления болтовых соединений

Расчетные сопротивления болтов срезу и растяжению
Напряженное
состояние
Расчетное сопротивление в Н/мм2 болтов классов прочности
5.6
5.8
8.8
10.9
12.9
-
Срез Rbs
210
210
330
415
425
0,4Rbun
Растяжение Rbt
225
-
450
560
-
0,7Rbun
Расчетные сопротивления растяжению фундаментных
болтов
18

19.

Нормативные и расчетные сопротивления растяжению
высокопрочных болтов из стали 40Х по ГОСТ Р 52643
19

20.

Маркировка болтов
обычные по ГОСТ Р 52627
высокопрочные по ГОСТ Р 52643
Торговая марка
Класс прочности
• 8.8 – маркировка класса прочности
• 8*10=80 кгс/мм2 – нормативное временное сопротивление стали
болта;
• 8*8=64 кгс/мм2 – нормативное сопротивление по пределу
текучести
• S – обозначение высокопрочного болта с шестигранной головкой с
увеличенным размером под ключ
20
• U – обозначение болтов с уменьшенной резьбой

21.

Диаметры болтов
Диаметр
болта (М)
16
20
24
(27)
30
36
42
48
Ab, см2
2,01
3,14
4,52
5,72
7,06 10,17 13,85 18,09
Abn, см2
1,57
2,45
3,52
4,59
5,61
8,16 11,20 14,72
Классы точности соединений
Класс точности
=dотв-db, мм
Вид болтового
соединения
B–
C–
А–
повышенный нормальный пониженный
>3
1
2÷3
фрикционное
фрикционные,
фланцевые,
срезные
фрикционные,
с анкерными
болтами
21

22. Области применения видов болтовых соединений

Группы
конструкций
Фрикционные
соединения
Срезные
соединения
Фланцевые
соединения
1-ая группа –
работающие в
особо тяжелых
условиях (балки
подкрановые,
фермы, колонны с
фрезерованными
торцами, балки
перекрытий,
стыки балок и
растянутых
поясов ферм)
2-ая группа –
подвергающиеся
действию
статических
нагрузок (балки и
настилы
покрытий,
прогоны,
колонны)
3-ья группа –
вспомогательные
конструкции
(связи, фахверк)
на высокопрочных болтах и болтах класса 10.9
М16, М20, М24, М27
-
на болтах классов 5.6, 5.8, 8.8, 10.9
М16, М20, М24, М27
на высокопрочных болтах
М20, М24, М27
22

23. Особенности работы фрикционных соединений

Во фрикционных (сдвигоустойчивых) соединениях усилие
воспринимается за счет предварительного натяжения
болтов P и обжатия поверхностей деталей, между
которыми возникают силы трения
Срезное соединение
Фрикционное соединение
смятие
срез
силы трения
23

24. Технология устройства фрикционных соединений

Виды обработки поверхностей:
дробеметная, дробеструйная
стальными щетками
газопламенная
без обработки
Способы консервации поверхностей:
без консервации
металлизация распылением цинка или алюминия
полимерным клеем и посыпкой корундовым
порошком
24

25.

Инструменты для постановки болтов
индикаторные динамометрические ключи
сигнальные динамометрические ключи
25

26.

Тарировка динамометрических ключей
Величина крутящего момента
M кр ndKP
n=1,06 – коэффициент запаса;
d – диаметр болта;
d, мм
P, кН
20
167
24
239
27
312
K – коэффициент закручивания
(при отсутствии
экспериментальных данных
K=0,18);
P – осевое натяжение болта по
проекту
P Rbh Abn
Rbh 0, 7 Rbun
26

27. Расчет срезных болтовых соединений

несущая способность срезного одноболтового соединения
- на срез
- на смятие
условие прочности срезного болтового
соединения
27

28.

Расчетные сопротивления смятию элементов,
соединяемых болтами
28

29.

условие прочности срезного болтового соединения
на действие момента
N max Nb ,min
где
N max
M amax
2
ai
29

30.

несущая способность болтового соединения на растяжение
Nbt Rbt Abn c
Условие прочности болтового
соединения на растяжение
n N / Nbt
расчет болтового соединения на совместное действие
усилий растяжения и среза
( Ns / Nbs ) ( Nt / Nbt ) 1
2
2
30

31. Расчет фланцевых болтовых соединений

При расчете фланцевых соединений
следует проверять:
несущую способность болтового
соединения на растяжение
прочность фланцевых листов при
изгибе
прочность сварных швов,
соединяющих фланец с основным
металлом
несущую способность фрикционного
соединения (при действии сил сдвига)
31

32.

расчетное усилие
предварительного натяжения
болтов во фланцевом соединении
P 0,9 Rbt Abn
где
Rbt 0,7 Rbun
несущая способность и условие
прочности фланцевого болтового
соединения
Nbt 0,9Rbt Abn
N max Nbt
32

33.

Материал и толщина фланцев во фланцевых соединениях
Материал фланцев:
- листовая сталь по 19903-74* с гарантированными
характеристиками по толщине проката;
- низколегированная сталь марок 09Г2С-15, 14Г2АФ-15,
С345, С375
Рекомендуемые сочетания диаметров болтов и толщин
фланцев
33

34.

Расчет фрикционных соединений
условие прочности фрикционного соединения
N Qbh kn b c
где Qbh - расчетное усилие, которое
может быть воспринято одной
поверхностью трения соединяемых
элементов, стянутых одним болтом
Qbh
Rbh Abn
h
где - коэффициент трения, =0,25÷0,58;
h – коэффициент надежности, h=1,02÷1,30 34

35.

Расчет фрикционного соединения в монтажном стыке балки
Усилие в поясах балки -
Nf
M If
hef I
Требуемое количество
болтов на поясной
полунакладке -
n
Nf
Qbh k b c
35

36.

Усилие в крайних болтах
по стенке балки от M -
N max
M w amax
2
m ai
Усилие от Q -
V Q/n
Равнодействующее усилие
в крайнем болте по стенке
2
Nt Nmax
V 2
условие прочности для болтового соединения по стенке
балки
Nt Qbh k b c
36

37. Конструктивные требования к болтовым соединениям

Конструктивные требования к соединениям на обычных
болтах
кромочное -
amax
4d
8t
между болтами -
smax
8d
12t
37

38. Конструктивные требования к соединениям на высокопрочных болтах

amin 1,3d
smin 2,5d
amax
4d
8t
smax
8d
12t
38

39.

39

40. 4. Узлы металлических конструкций

Конструкции срезных соединений
40

41.

41

42.

Конструкции фланцевых соединений
42