Болтовые соединения с контролируемым натяжением

Болтовые соединения без контролируемого натяжения

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

11.2. Для болтов класса прочности 10.9 и высокопрочных расчетные сопротивления срезу и растяжению следует определять по тем же формулам табл. 5* СНиП II-23-81*, что и для болтов класса прочности 8.8.

Расчетные сопротивления срезу R_bs и растяжению R_bt болтов класса прочности 10.9 и высокопрочных приведены в табл. 43.

Таблица 43

Напряженное состояние	Условное обозначение	Расчетное сопротивление, МПа (кгс/см^2), болтов
		класса прочности 10.9	высокопрочных с Rbun = 1100 МПа (110 кгс/мм^2)
Срез	Rbs	400 (4000)	440 (4400)
Растяжение	Rbt	500 (5000)	550 (5500)

Предельные усилия болтов на растяжение, срез и смятие элементов приведены в табл. 44.

113. При расчете многоболтовых соединений без контролируемого натяжения по формулам (127), (128) СНиП II-23-81* следует учитывать коэффициенты условий работы соединений

g_b = g_b1g_b2. (62)

При определении расчетного усилия, которое может быть воспринято одним болтом многоболтового соединения при расчете на срез и смятие, для болтов класса точности A g_b1 = 1, для болтов классов точности В и С g_b1 = 0,9. В расчете на смятие соединяемых, элементов конструкций из стали с пределом текучести до 380 МПа (3900 кгс/см²) при расстояниях: а (вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия), равном или больше 2 d, и b (между центрами отверстий), равном или больше 2,5 d (d - диаметр отверстия), коэффициент g_b2 = 1. При а = 1,5 d, а в многоболтовом соединении при а = 1,5 d и b = 2 d g_b2 = 0,85.

Таблица 44

Класс прочности	Напряжен­ное	Временное сопротив-	Предельное усилие, кН, одного болта (на срез - на одну плоскость) диаметром, мм
болта	состояние	ление стали, МПа (кгс/мм^2)
5.6	Растяжение	-	33,0	51,4	-	73,9	-	-	-	-	-
	Срез	-	34,4	53,7	-	77,3	-	-	-	-	-
5.8	Растяжение	-	31,4	49,0	-	70,4	-	-	-	-	-
	Срез	-	36,2	56,5	-	81,3	-	-	-	-	-
8.8	Растяжение	-	62,8	98,0	-		-	-	-	-	-
	Срез	-	57,9	90,4	-		-	-	-	-	-
10.9	Растяжение	-	78,5				-	-	-	-	-
	Срез	-	72,4				-	-	-	-	-
110 (по	Растяжение	-	-
ГОСТ 22353-77*)	Срез	-	-
110 (по	Растяжение	-	-
ТУ 14-4-1345-85)	Срез	-	-	97,0
Все классы	Смятие с	345 (35)	58,3	72,9	80,2	87,5	98,4
прочности	учетом	355 (36)	60,5	75,6	83,2	90,7
	gb = 0,9,	365 (37)	63,4	79,2	87,1	95,0
	рассчитан-	370 (38)	64,8	81,0	89,1	97,2
	ное по фор-	380 (39)	67,7	84,6	93,1
	муле (128)	390 (40)	69,8	87,3	96,0
	СНиП	400 (41)	73,9	90,9
	II-23-81*)	410 (42)	75,6	94,5
	(å t = 10	420 (43)	78,3	97,9
	мм)	430 (44)	81,4
		440 (45)	84,4
		450 (46)	87,3
		460 (47)	90,2
		470 (48)	93,4
		480 (49)	96,5
		490 (50)	99,5
		500 (51)
		510 (52)
		520 (53)
		530 (54)
		540 (55)
		550 (56)
		560 (57)
		570 (58)
		580 (59)

При значениях а, промежуточных между 1,5 d и 2 d; и b - между 2 d и 2,5 d g_b2 следует определять линейной интерполяцией. При этом в случае одновременного уменьшения а и b следует принимать меньшее значение g_b2.

Пример. Соединение с болтами класса точности В - g_b1 = 0,9; а = 1,8 d, g_b2 = 0,94; b = 2,1 d; g_b2 = 0,88.

Принимаем g_b2 = 0,88; g_b = g_b1 g_b2 = 0,9 ´ 0,88 = 0,792.

Фрикционные соединения на высокопрочных болтах

11.4. Проверку прочности фрикционного соединения на высокопрочных болтах следует выполнять исходя из условия

T £ Q_bh = R_bh A_bn mg_b / g_h, (63)

где Т - сдвигающее усилие от учитываемых расчетных нагрузок, приходящееся на один болтоконтакт, определяемое в предположении равномерного распределения полной сдвигающей силы между болтами. Момент, действующий в плоскости соединения, уравновешивается парами сдвигающих усилий, одинаковых по величине и приходящихся на один болт (в предположении прямоугольных эпюр распределения усилий между болтами). Между элементами стыка или узла усилия распределяются без учета податливости фрикционных соединений и в предположении упругой работы стали;

Q_bh - расчетное сдвигающее усилие, которое может быть воспринято каждой контактной поверхностью соединяемых элементов, стянутых одним болтом;

R_bh - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению при предварительном напряжении с обжатием пакета, принимаемое в соответствии с п. 3.7 СНиП II-23-81*. Расчетное сопротивление увеличено и назначено с учетом экономически оправданного числа болтов (1-2 болта из 1000), разрушающихся при натяжении с контролируемым усилием Р = 0,7 R_bunА_bп. При этом среднестатистическое значение усилия натяжения болтов на 8-10 % превышает контролируемое;

А_bп - площадь сечения болта “нетто”, принимаемая по табл. 62* СНиП II-23-81*. Значения контролируемого усилия натяжения Р для высокопрочных болтов из стали 40Х “селект” приведены в табл. 45;

m - коэффициент трения, принимаемый, по табл. 36* СНиП II-23-81* и зависящий от способа обработки (очистки) соединяемых поверхностей. Нормы регламентируют средние статистические (наиболее вероятные) коэффициенты трения. Согласно результатам доследовании установлено, что коэффициенты трения не зависят от прочности стали соединяемых элементов. В фрикционных соединениях с числом болтов в узле до четырех, выполненных из стали с временным сопротивлением не более 370 МПа (3750 кгс/см²), разрешается вместо газопламенной обработки использовать внедряемый проволочный элемент в виде звезды, изготовленный из высокопрочной проволоки по ГОСТ 9389-75*, ГОСТ 7372-79*, ГОСТ 14963-78* в соответствии с табл. 46.

Таблица 45

Номинальный диаметр db, мм
Р, кН (тс)	121 (12,1)	189 (18,9)	233 (23,3)	271 (27,1)	353 (35,3)

Таблица 46

Номиналь­ный диаметр болта, мм	Усилие натяжения болта, кН (тс)	Диаметр проволоки, мм	Длина проволоки, мм	Внутренний диаметр проволочно­го элемента, мм	Высота волны, мм	Число волн
	233 (23,3)	0,7
	271 (27,1)	0,8

Для фрикционных соединений допускается обработка контактных поверхностей ротационным способом стальными шариками [24] с коэффициентом трения m = 0,50, а также пескоструйным, дробеметным или дробеструйным способом одной поверхности, стальными щетками - другой поверхности с коэффициентом трения m = 0,42;

g_b - коэффициент условий работы, определяемый в соответствии с п. 11.13* СНиП II-23-81* и учитывающий уменьшение сдвигающего усилия, приходящегося на один болт, из-за уменьшения числа болтов в соединении. С уменьшением числа болтов в результате неблагоприятного влияния статистического разброса усилий натяжения болтов и коэффициентов трения в зоне плотного контакта увеличивается вероятность снижения сопротивления сдвигу, приходящегося на один болт;

g_h - коэффициент надежности, принимаемый по табл. 36* СНиП II-23-81* и учитывающий требуемую степень сдвигоустойчивости соединения, а также изменчивость коэффициентов трения и усилий натяжения болтов (в многоболтовых соединениях).

11.5. Предусматривается две степени сдвигоустойчивости соединения - повышенная и нормальная. Требуемая степень сдвигоустойчивости зависит от разности номинальных диаметров отверстий и болтов d и от характера нагрузок - динамической (если наряду со статическими воспринимаются также учитываемые в расчете подвижные, вибрационные, ударные или другие динамические нагрузки) или только статической. Повышенная сдвигоустойчивость требуется для d ³ 2 мм при динамической и d ³ 5 мм при статической нагрузках, а нормальная сдвигоустойчивость для d £ 1 мм при динамической и d £ 4 мм при статической нагрузках.

Разность диаметров отверстий и болтов в значительной степени определяет величину смещений в центрах соединений после преодоления сил трения и общих перемещений в конструкции, а также перераспределение усилий в статически неопределимых конструкциях. Небольшие сдвиги могут нарушать геометрию конструкции и строительный подъем, и их следует рассматривать как предельное состояние II группы, характеризуемое затруднениями для нормальной эксплуатации. Значительный сдвиг устанавливает предел эксплуатационной пригодности конструкции и является критерием предельного состояния I группы. Величины предельных смещений при динамической нагрузке меньше, чем при статической.

Повышенная сдвигоустойчивость соединения гарантирует от появления предельного состояния I группы и соответствующий коэффициент g_h создает обеспеченность в три стандарта от наступления предельного состояния. Нормальная сдвигоустойчивость соединения гарантирует от предельного состояния II группы, а коэффициент g_h создает обеспеченность в два стандарта от наступления предельного состояния.

Коэффициенты надежности g_h зависят от способа регулирования усилия натяжения болтов. При регулировании по углу поворота гайки усилие натяжения болта получается в среднем на 20 % больше усилия Р, соответствующего расчетному, т. е. примерно на 10 % больше, чем при регулировании по моменту закручивания. Обрывы болтов при этом исключаются вследствие эффекта саморегулирования. Соответственно при регулировании по углу поворота гайки коэффициент g_h примерно на 10 % меньше, чем при регулировании по моменту закручивания.

В случае невозможности обеспечения натяжения болтов по углу поворота регулирование усилий допускается производить по моменту закручивания. При этом расчетный момент закручивания должен быть увеличен на 10 %.

Предельные усилия Q_bh фрикционных соединений на высокопрочных болтах М24 приведены в табл. 47.

Таблица 47

Способ	Усилие, кН (тс), на один болтоконтакт при диаметре болта 24 мм Rbun = 1100 МПа (110 кгс/мм^2) и числе болтов в соединении
обработки (очистки)	регулирования	n £ 4	n = 5-9	n ³ 10
соединяемых поверхностей	натяжения болтов	Qbh1	Qbh2	Qbh1	Qbh2	Qbh1	Qbh2
Пескоструйный, дробеструйный или дробеметный двух поверхностей кварцевым песком или	По моменту закручивания М	93 (9,3)	112 (11,2)	104 (10,4)	126 (12,6)	116 (11,6)	140 (14,0)
дробью без консервации	По углу поворота a	105 (10,5)	123 (12,3)	118 (11,8)	139 (13,9)	131 (13,1)	154 (15,4)
То же, с консервацией, металлизацией	По моменту закручивания М	80 (8,0)	97 (9,7)	90 (9,0)	109 (10,9)	100 (10,0)	121 (12,1)
распылением цинка или алюминия	По углу поворота a	90 (9,0)	106 (10,6)	102 (10,2)	120 (12,0)	113 (11,3)	133 (13,3)
Кварцевым песком или дробью одной поверх­ности с консервация полимерным клеем и посыпкой карборун­довым порошком, стальными щетками без	По моменту закручивания М	80 (8,0)	97 (9,7)	90 (9,0)	109 (10,9)	100 (10,0)	121 (12,1)
консервации другой поверхности	По углу поворота a	90 (9,0)	106 (10,6)	102 (10,2)	120 (12,0)	113 (11,3)	133 (13,3)
Газопламенный двух поверхностей без	По моменту закручивания М	67 (6,7)	82 (8,2)	76 (7,6)	92 (9,2)	84 (8,4)	102 (10,2)
консервации	По углу поворота a	76 (7,6)	90 (9,0)	86 (8,6)	101 (10,1)	95 (9,5)	112 (11,2)
Стальными щетками двух поверхностей без	По моменту закручивания М	56 (5,6)	65 (6,5)	63 (6,3)	73 (7,3)	70 (7,0)	81 (8,1)
консервации	По углу поворота а	61 (6,1)	72 (7,2)	68 (6,8)	81 (8,1)	76 (7,6)	90 (9,0)
Без обработки	По моменту закручивания	32 (3,2)	42 (4,2)	36 (3,6)	47 (4,7)	40 (4,0)	52 (5,2)
	По углу поворота a	36 (3,6)	45 (4,5)	41 (4,1)	50 (5,0)	45 (4,5)	56 (5,6)

Обозначения, принятые в табл. 47:

Q_bh1 - усилие на один болтоконтакт при действии динамических нагрузок и d = 3-6 мм, статических нагрузок и d = 5-6 мм;

Q_bh2 - усилие на один болтоконтакт при действии динамических нагрузок и d = 1 мм, статических нагрузок и d = 1-4 мм;

d - разность номинальных диаметров отверстий и болтов.

Фрикционно-срезные соединения на высокопрочных болтах

11.6. Проверку прочности по условию предупреждения среза болтов для фрикционно-срезных соединений на высокопрочных болтах выполняют, как и для соединений на болтах без контролируемого натяжения, по формуле (127) СНиП II-23-81*. При попадании резьбы в плоскость среза в расчете следует учитывать площадь сечения болта “нетто”.

Проверку прочности по условию предупреждения чрезмерных перемещении сдвига и деформаций смятия в соединении выполняют исходя из условия

, (64)

Первый член этого условия отвечает трению, второй - смятию.

Расчет основан на использовании деформационных критериев предельного состояния. Способ обработки (очистки) контактных поверхностей принимается, как правило, стальными щетками без консервации, когда коэффициент трения m = 0,35.

В формуле (64):

Т - сдвигающее усилие от учитываемых расчетных нагрузок, приходящееся на один болт, воспринимаемое трением и одновременно смятием соединяемых элементов. Между элементами стыка или узла усилия распределяют в предположении упругой работы стали, но с учетом податливости соединений в предельном состоянии;

Q_bn - расчетное сдвигающее усилие, воспринимаемое одним болтоконтактом;

Q_bh - см. п. 11.4;

m_p - коэффициент, учитывающий уменьшение начального натяжения болтов после общего сдвига в соединении и принимаемый по табл. 48;

Таблица 48

Расчетное сопротивление стали	Значения тр при нагрузке
соединяемых элементов, Ry, МПа (кгс/мм^2)	динамической	статической
До 260 (27)	0,90	0,90
Св. 260 (27)	0,85	0,80

a - коэффициент использования нормативного усилия смятия при условии ограничения деформации смятия. Для соединений с предварительной выборкой зазоров a = 1, без предварительной выборки a принимается по табл. 49;

g_р - коэффициент условий работы, учитывающий изменение разности номинальных диаметров отверстий и болтов, неравномерность распределения усилий между болтами и принимаемый по табл. 49;

Таблица 49

Коэффициент	Нагрузка	Разность	Число болтов в соединении
		номинальных диаметров d, мм	1-4	5-9	10 и более
a	Динамическая		1,00 0,45	1,00 0,55	1,00 0,60
	Статическая		1,00 0,60	1,00 0,65	1,00 0,70
gр	Любая		0,85 0,75	0,95 0,90	1,00 1,00

N_bn - нормативное усилие смятия для рассматриваемого среза болта (болтоконтакта), вызывающее деформацию смятия сдвигаемых элементов, равную нормативной деформации смятия D _р, принимаемой равной 1 мм при динамических и 1,5 мм - при статических нагрузках, N_bn определяется по табл. 50 в зависимости от толщин t₁ и t₂ соединяемых элементов.

В односрезном соединении t₁ и t₂ равны действительной толщине соединяемых элементов; в двухсрезном соединении t₁ - толщина накладки, t₂ - половина толщины стыкуемого листа.

11.7. Фрикционно-срезные соединения на высокопрочных болтах (с контролируемым натяжением), применяемые в конструкциях, в которых перемещения сдвига в соединениях не ограничены, допускается рассчитывать на смятие как соединение на высокопрочных болтах без контролируемого натяжения, если воспринимаемое сдвигающее усилие n_b при таком расчете получается больше, чем при расчете по деформационному критерий (см. п. 11.6).

При расчетной оценке влияния перемещений сдвигав соединениях на распределение усилий в статически неопределимых системах расчетную величину перемещения (сдвига) D _s в каждом соединении допускается принимать равной:

для одноболтового соединения

D _s = (d + 0,5D _р) a; (65)

для соединения с числом болтов 10 и более

D _s = 0,5(d + 0,5D _р) a. (66)

При числе болтов свыше 1 до 10 допускается линейная интерполяция.

Предельные усилия фрикционно-срезных соединений на высокопрочных болтах М24 с R_bun = 1100 МПа (110 кгс/мм²) при очистке контактных поверхностей стальными щетками, регулировании натяжения болтов по углу поворота гайки и отсутствии предварительной выборки зазоров приведены в табл. 51.

Таблица 50

t2, мм	Значения Nbn, кН, для элементов из стали
	углеродистой	низколегированной
	при t1, равной, мм
	40	50	54	55	55	48	60	64	65	66
	50	75	85	89	90	60	86	103	110	112
	54	85	95	98	100	64	103	115	120	125
	55	89	98	107	110 152	65	110	120	135	138
25 и более	55	90	100	110	115	66	112	125	138	140

Примечание. Значения над чертой - при динамической (D _р = 1 мм), под чертой - при статической (D _р = 1,5 мм) нагрузках. При промежуточных значениях (t₁ и t₂ n_bn определяют линейной интерполяцией.

Таблица 51

Расчетная

Предельные усилия Qbn, кН, на один болт М24 при одной плоскости среза во фрикционно-срезных соединениях на высокопрочных болтах при нагрузках

толщина

статической

динамической

соединяемых

для элементов из стали

элементов

углеродистой

низколегированной

углеродистой

низколегированной

t1 = t2, мм

при d, мм

с числом болтов в соединении

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

n £ 4

n ³ 10

25 и более

Расчет на выносливость

11.8. Расчет на выносливость соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением следует выполнять в соответствии с п. 9.2* СНиП II-23-81* относя фрикционные соединения к 1-й, фрикционно-срезные соединения на высокопрочных болтах из низколегированной стали - ко 2-й, из углеродистой стали - к 3-й группе элементов.

Учет ослаблений

11.9. Прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под высокопрочные болты в фрикционных соединениях, проверяют в предположении, что 50 % усилия, приходящегося на каждый болт в рассматриваемом сечении, уже передано силами трения:

, (67)

где N - расчетное усилие в элементе;

A_n - расчетная площадь сечения элемента, принимаемая в соответствии с п. 11.14 СНиП II-23-81*;

n_i - число рабочих болтоконтактов в проверяемом сечении;

п - число рабочих болтоконтактов в соединении, равное числу болтов, умноженному на число поверхностей трения;

R_y - расчетное сопротивление стали.

Прочность элементов, ослабленных отверстиями во фрикционно-срезных соединениях на высокопрочных болтах, и в соединениях без контролируемого натяжения болтов, проверяют с учетом полного ослабления сечений болтовыми отверстиями.

Для соединений на болтах класса прочности 10.9 и высокопрочных без контролируемого натяжения необходима проверка крайней зоны на вырыв материала по формуле

, (68)

где а - расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия.

Дата добавления: 2014-12-26