Розрахунок довгих гнучких позацентрово

стиснутих елементів на стійкість

В конструкціях зустрічаються випадки позацентрово стиснутих і стиснуто-зігнутих стержнів (рис. 4.25).

позацентрово- стиснуто-зігнутий стиснутий стержень стержень

Рис.4.25. Розрахункові схеми стержнів

Теоретично робота таких стержнів дещо відрізняється. А практично стиснуто-зігнуті стержні прирівнюються до позацентрово стиснутих (що йде в запас стійкості, оскільки у випадку позацентрового стиску при однакових значеннях згинаючого моменту прогин середнього перерізу більший) і обидва види стержнів розраховуються однаково.

Основними перевірками для довгих позацентрово стиснутих елементів є дві перевірки стійкості: в площині і з площини дії моменту.

А. Перевірка стійкості в площині дії моменту

Робота позацентрово стиснутого стержня теоретично відрізняється від роботи центрально стиснутого тим, що згин стержня починається з самого початку прикладання навантаження, а центрально стиснутий теоретично згинається лише тоді, коли навантаження (або напруження) досягає критичного значення. Тим не менш, фактично і в центрально стиснутому стержні згин також має місце поряд із стиском. При осьовому прикладанні навантаження завжди мають місце випадкові ексцентриситети, а тому розглянута раніше робота центрально стиснутих стержнів є по суті роботою стиснутих стержнів з малими ексцентриситетами.

Робота позацентрово стиснутих стержнів з великими ексцентриситетами не має принципових відмінностей. Тільки більші значення ексцентриситетів, а відповідно, і згинаючих моментів (M = N (e + f₁)), відбивається на роботі позацентрово стиснутих стержнів більш ярко, а процес втрати стійкості залишається аналогічним.

Це дозволяє трактувати розрахунок позацентрово стиснутого стержня, як центрально стиснутого, але більшої довжини, яку можна визначити, уявно продовживши зігнуту вісь стержня до перетину з лінією дії навантаження.

В результаті отримаємо умовний центрально стиснутий стержень довжиною l₀, більшою за l, а отже і з більшою гнучкістю.

В результаті критичні напруження позацентрово стиснутого стержня виявляються меншими, ніж центрально стиснутого

s_{сr, е}£ s_сr,

де індекс “ е ” означає позацентровий стиск.

Умова стійкості запишеться наступним чином:

.

В практичних розрахунках користуються не s_сr,е, а, за аналогією з центрально стиснутими елементами при перевірці стійкості і зі згинальними елементами при перевірці загальної стійкості, відношенням s_сr,е до розрахункового опору R_y:

Тоді s_{сr, е}= j_е R_y,

і умова стійкості приймає вигляд

де j_е – коефіцієнт зниження розрахункового опору при позацентровому стиску для запобігання втрати стійкості. j_е < 1 і визначається за СНиП залежно від конструктивного оформлення стержня:

а) для стержнів з суцільною стінкою за табл.74 СНиП залежно від умовноїгнучкості і приведеного відносного ексцентриситету m_ef:

де h - коефіцієнт, який враховує вплив форми перерізу при розвитку пластичних деформацій в стержні в момент втрати стійкості, є своєрідним коефіцієнтом переходу від прямокутного перерізу до більш складного; визначається за табл.73 СНиП;

m – відносний ексцентриситет, виражений в долях ядрової відстані

Оскільки

то

Враховуючи, що

то відносний ексцентриситет m показує співвідношення напружень від згину і від осьової сили, тобто

б) для наскрізних стержнів за табл.75 СНиП залежно від умовної приведеної гнучкості l_ef і відносного ексцентриситету m;

де l_ef – приведена гнучкість, отримана за табл.7 СНиП залежно від схеми перерізу.

Розрахунок на стійкість не потрібен для суцільностінчатих стержнів при m_ef >20 і для наскрізних стержнів при m > 20. В цих випадках розрахунок слід виконувати, як для згинальних елементів (це означає, що напруження від згину більш як в 20 разів перевищують напруження від стиску).

Б. Перевірка стійкості з площини дії моменту

Розрахунок на стійкість позацентрово стиснутих елементів постійного перерізу з площини дії моменту при згині їх в площині найбільшої жорсткості (І_х > І_у), яка співпадає з площиною симетрії, слід виконувати за формулою:

де с – коефіцієнт, який обчислюється за СНиП;

j_у –коефіцієнт поздовжнього згину, що визначається як для центрально стиснутого стержня за гнучкістю l_у (табл.72 СНиП)

При згині стержня в площині найменшої жорсткості, тобто у-у (І_у < І_х і ексцентриситет е_у ¹ 0), при l_х > l_у стержень перевіряється з площини дії моменту (тобто відносно осі х-х) як центрально стиснутий стержень за формулою

де j_х – коефіцієнт поздовжнього згину відносно осі х-х.

У випадку гнучкості l_х £ l_у така перевірка не потрібна.

V. З’ЄДНАННЯ В МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЯХ

Для з’єднань металоконструкцій застосовуються зварювання та болти. Використання заклепок має місце в дуже обмеженої категорії конструкцій. Вони практично не використовуються, а тому і виключені із СНиП. В більшості випадків застосовується зварювання. Біля 95% всіх конструкцій в будівництві – зварні.

5.1. Переваги та недоліки зварювання.

Види зварювання в будівництві

В будівництві в основному застосовується електродугове зварювання. Воно було винайдене російським інженером М.М.Бенардосом (1882 р.) і вдосконалене в 1888 р. М.Г.Славяновим.

Електродугове зварювання основане на явищі виникнення електричної дуги між стальним стержнем (електродом) і зварюваними стальними деталями, яка розплавлює основний метал і метал електроду, змішує їх, в результаті чого при охолодженні утворюється зварний шов, з’єднуючий окремі деталі в одне ціле.

Переваги зварювання перед болтовими з’єднаннями:

1) до 20% знижується трудомісткість виготовлення конструкцій;

Рис.5.1. Конструктивна форма складених балок

2) на 10…20% знижується металомісткість;

3) спрощується конструктивна форма (рис. 5.1);

4) підвищується можливість автоматизації процесу виготовлення конструкцій (з використанням зварювальних агрегатів).

Недоліки зварювання:

1) чутливість до концентрації напружень (зварні напруження приводять до крихкого руйнування при динамічних навантаженнях або понижених температурах);

2) можливе деформування елементів внаслідок усадки зварних швів (рис. 5.2).

Рис.5.2. Деформація внаслідок усадки шва

За ступенем автоматизації електродугове зварювання поділяється на три види: 1) ручне; 2) напівавтоматичне; 3) автоматичне.

Охарактеризуємо коротко кожний вид.

Ручне зварювання: виконується зварником за допомогою електродів. Це найбільш повільне та трудомістке зварювання. Залежить від кваліфікації зварника: він має витримувати постійну відстань між електродом та конструкцією, що досить важко. Але це зварювання найбільш універсальне і широко застосовується при монтажі конструкцій. Може використовуватися в будь-якому положенні, а також в тяжко доступних місцях.

Електрод являє собою стальний круглий стержень, який має спеціальну обмазку, що виконує захисну, легуючу функції, або надання металу шва певних спеціальних властивостей. Електроди поділяються на окремі типи, позначаються Е42…Е85. Літера “Е” – скорочення слова “електрод”, а число вказує межу міцності на розтяг металу шва у кг/мм² (наприклад Е42 – 42 кг/мм²). Після числа може стояти літера “А” (наприклад, Е42А). Вона означає підвищену пластичність металу шва.

Напівавтоматичне зварювання: ведеться зварювальним напівавтоматом, який вздовж шва пересуває зварник. Інші операції виконуються автоматично.

Автоматичне зварювання: ведеться за допомогою голого електродного дроту, який автоматично подається до місця зварювання, під шаром флюсу або в середовищі інертного газу, що перешкоджає попаданню в розплавлений метал шкідливих домішок (кисню з повітря). Дає можливість в 5...10 разів підвищити продуктивність праці порівняно з попередніми видами зварювання. Електродний дріт поділяється за марками.

Тип електроду або марка зварювального дроту призначається так, щоб міцність матеріалу шва була не нижчою міцності сталі з’єднуваних елементів.

5.2. Класифікація зварних швів

Зварні шви класифікують за наступними ознаками:

1) за конструкцією: стикові та кутові. Шов, розташований вздовж дії зусилля, називається фланговим, поперек дії зусилля – лобовим;

Рис. 5.3. Стикові та кутові зварні шви

2) за призначенням: робочі та конструктивні (зв’язуючі). Робочі приймають участь в передачі зусиль, а конструктивні зусиль не передають. Руйнування робочого шва призводить до руйнування конструкції;

3) за місцем виконання: заводські та монтажні (рис. 5.4);

Рис. 5.4. Позначення заводських та монтажних зварних швів

4) за положенням в просторі при виконанні зварювання: нижні, горизонтальні, вертикальні та стельові (рис. 5.5);

Рис. 5.5. Положення швів у просторі

5) за протяжністю: суцільні та переривчасті (рис. 5.6);

Рис. 5.6. Позначення переривчастих швів

6) за кількістю шарів, які накладаються при зварюванні: одношарові (однопрохідні) та багатошарові (багатопрохідні);

7) за зовнішньою формою: нормальні, випуклі та ввігнуті.

5.3. Типи зварних з’єднань

1) Стикові (торець одного елемента приєднується до торця іншого елемента)

2) Напусткові (один елемент налягає на інший).

3) Кутові (елементи з’єднуються під кутом).

4) Комбіновані (елементи з’єднуються в стик і посилюються накладками).

5) Таврові (впритул). Торець одного елемента приєднується до поверхні іншого.

5.4. Розрахунок стикових швів за різних

напружених станів з’єднань

Метал шва в місці стика замінює основний метал з’єднуваних деталей, тому розрахунок стикових з’єднань виконується за тими ж формулами, що й основний метал. Різниця полягає лише в тому, що напруження порівнюються не з розрахунковим опором металу елементів, а з розрахунковим опором стикових швів.

Основний недолік стикових з'єднань – необхідність дуже точно різати з’єднувані елементи, а також часто обробляти кромки. Без обробок кромок дозволяється виконувати ручне зварювання при товщині елементів t £ 8 мм, автоматичне – при t £ 20 мм. При більшій товщині елементів кромки для зручності зварювання та для забезпечення повного проварювання обробляють (скошують під кутом). Скоси виконують або лише з одного боку (рис.5.7, а), або з двох боків (рис.5.7, б).

Рис.5.7. Скоси кромок: а – з одного боку; б – з двох боків

Якщо різниця товщин з’єднуваних елементів перевищує 4 мм, то необхідно виконувати скоси у більш товстого листа з нахилом 1: 5 (рис.5.4).

Рис.5.8. З'єднання листів різної товщини  

Розглянемо геометричні характеристики стикового шва.

5.4.1. Геометричні характеристики стикових швів

Для розрахунку стикового шва необхідно знати його товщину, розрахункову довжину, площу перерізу, момент опору, момент інерції (рис. 5.9):

Рис.5.9. До визначення геометричних характеристик стикових швів

а) товщина шва дорівнює меншій із товщин з’єднуваних елементів (t_min);

б) розрахункова довжина шва:

l _w = b – якщо початок та кінець шва виведені на підкладки. Кінці швів є дефектними ділянками. Дефекти наступні: на початку – непроварювання; в кінці – кратер. Щоб уникнути цих дефектів кінці шва виводять на спеціальні підкладки, які потім обрізають (рис. 5.10);

Рис. 5.10. Підкладки, на які виводиться шов

l_w = b – 2 t_min - якщо підкладки не використовують. Ділянка шва довжиною 2t_min вважається дефектною (на якій є непроварювання та кратер) і в розрахунок не приймається;

в) площа перерізу шва (поздовжнього) - A_w= t_min l_w,

де індекс “ w ” означає належність характеристик до зварних швів;

г) момент опору (рис. 5.11);

Рис. 5.11. До визначення моменту опору перерізу стикового шва

д) момент інерції - .

5.4.2. Розрахунок стикових швів на дію осьової сили

(N ¹0, M =0, Q =0)

	Рис. 5.12. До розрахунку стикових швів на дію осьової сили

Умова міцності має вигляд:

де R_wy – розрахунковий опір стикових зварних з’єднань розтягу, стиску, згину за межею текучості. Залежить від способу контролю якості шва та напруженого стану з’єднання.

При роботі з’єднання на стиск (в усіх випадках) та при роботі на розтяг або згин у випадку застосування фізичних засобів контролю якості шва (рентгенографія, g-графія, ультразвукова дефектоскопія, магнітографічний спосіб) .

При роботі з’єднання на розтяг або згин без застосування фізичних засобів контролю якості шва (при візуальному контролі) .

При косому шві сила N розкладається на дві складові: нормальну до шва N sin α та вздовж шва N cos α (рис. 5.13).

Рис. 5.13. До розрахунку косого шва

Тоді умови міцності за нормальними та дотичними напруженнями мають вигляд:

, ,

де R_ws – розрахунковий опір стикових з’єднань зрізу; R_ws = R_s.

Якщо косий шов виконується з нахилом 1:2 (тобто tg α = 2), то він рівноміцний з основним металом і його розрахунок не потрібний.

5.4.3. Розрахунок стикових швів на згин (M¹0, N=0, Q=0)

Рис. 5.14. До розрахунку стикових швів

на чистий згин

Умова міцності: .

5.4.4. Розрахунок стикових швів на спільну дію N та M

Рис. 5.15. До розрахунку стикових швів

на спільну дію N та M

Умова міцності: .

5.4.5. Розрахунок стикових швів на спільну дію M та Q

Рис. 5.16. До розрахунку стикових швів на спільну дію M та Q  

Міцність шва перевіряється:

- за нормальними напруженнями

;

- за дотичними напруженнями

,

де S_w – статичний момент половини перерізу шва відносно нейтральної осі

- за зведеними напруженнями

де – середні дотичні напруження з умови рівномірного розподілу по стиковому шву; 1,15 – коефіцієнт, який враховує розвиток пластичних деформацій.

5.5. Розрахунок кутових швів

5.5.1. Геометричні характеристики кутових швів

Кутові шви роблять у кутах, утворених гранями з’єднуваних елементів. Вони працюють в умовах складного напруженого стану (розтяг, стиск, згин, зріз). Але незалежно від фактичної роботи всі кутові шви умовно розраховуються тільки на зріз, оскільки основною деформацією в них є зсув.

Розрахунок проводять за двома розрахунковими перерізами:

1) за металу шва (МШ) – площина зрізу проходить по металу шва;

2) за металом межі сплавлення (ММС) - площина зрізу проходить по металу межі сплавлення.

Покажемо площину зрізу шва, по якій відбувається руйнування шва.

Площина зрізу шва є прямокутник з розмірами:

Залежно від розрахункового перерізу площа шва рівна:

A_wf = b_f k_f l_w (по МШ);

A_wz = b_z k_f l_w (по ММС),

де індекс “ f ” означає, що характеристика відноситься до перерізу по МШ (крім k_f – однаково для обох перерізів);

“ z ” – до перерізу по ММС,

b - коефіцієнт глибини проплавлення шва, залежить від виду зварювання і встановлюється за СНиП;

k_f – катет кутового шва рівний катету вписаного прямокутного рівнобедреного трикутника;

b k_f – товщина кутового шва;

l_w – розрахункова довжина шва, яку приймають меншою від дійсної довжини на 10 мм за рахунок непроварювання та кратеру на кінцях шва.

Розглянемо розрахунок кутових швів при різних напружених станах.

5.5.2. Розрахунок кутових швів на дію осьової сили

Умова міцності кутового шва:

по МШ

по МMC

де R_wf – розрахунковий опір кутового шва зрізу по МШ (табл.56 СНиП); залежить від типу електрода або марки зварювального дроту;

R_wz – розрахунковий опір кутового шва зрізу по ММС

R_wz = 0,45 R_un;

R_un – межа міцності сталі з'єднуваних елементів;

g_wf, g_wz – коефіцієнти умов роботи шва (за СНиП);

g_с – коефіцієнт умов роботи з'єднання (за СНиП);

l_w – розрахункова довжина шва; в даному випадку l_w = 2(а – 10 мм).

Кутовий шов характеризується катетом k_f та розрахунковою довжиною l_w. Задача розрахунку полягає в обчисленні цих значень. Задаючись катетом k_f в межах k_f,_min £ k_f £ k_f,max, можна визначити необхідну розрахункову довжину:

– по МШ;

– по ММС.

В результаті приймається більше значення l_w.

Якщо відома розрахункова довжина, то можна визначити необхідний катет:

– по МШ;

– по ММС.

В результаті приймається більше значення k_f.

Практично дозволяється обмежуватися розрахунком швів лише по одному менш міцному перерізу (або по МШ, або по ММС). Для цього попередньо необхідно знайти добуток:

R_wf b_f i R_wz b_z.

Якщо R_wf b_f < R_wz b_z – розрахунок дозволяється виконувати тільки по МШ.

Якщо R_wz b_z < R_wf b_f – по ММС.

В інженерних розрахунках часто зустрічаються випадки прикріплення несиметричних профілів, наприклад кутиків до фасонки.

Прикріплення асиметричних профілів до фасонки повинно забезпечити співпадання рівнодіючої зусиль, що передаються швами, з нейтральною віссю профілів.

Для кутика площі перерізів швів біля обушка та біля пера повинні розподілятися обернено пропорційно відстаням від цих швів до осі кутика. Оскільки обушок знаходиться на меншій відстані від осі кутика, ніж перо, то площа перерізу шва біля обушка повинна бути більшою, ніж біля пера.

Таким чином, якщо в стержні з двох кутиків діє зусилля N, то шов біля обушка одного кутика сприймає зусилля , а шов біля пера , де α_с i α_t – коефіцієнти перерозподілу зусилля відповідно на шов біля обушка та шов біля пера; індекс “ с ” означає належність характеристик до шва біля обушка, а “ t ” – до шва біля пера.

Враховуючи, що ці відношення для сортаментних кутиків практично постійні, можна прийняти:

– α_c = 0,7; α_t = 0,3 (рівнобокі кутики);

– α_c = 0,68; α_t = 0,32 (нерівнобокі кутики, приєднані більшими полицями);

– α_c = 0,75; α_t = 0,25 (нерівнобокі кутики, приєднані меншими полицями).

5.5.3. Розрахунок кутових швів на чистий згин

Покажемо переріз шва по площині зрізу та епюру напружень.

Розрахункова довжина шва:

l_w = b – d = b –10мм,

де d - довжина дефектної ділянки шва, d = 10мм.

За аналогією з розрахунком згинальних елементів умова міцності:

– по МШ;

– по ММС.

5.5.4. Розрахунок кутових швів на одночасну дії згину та зрізу

Найбільш напружена точка шва – це точка А. В ній одночасно діють максимальні значення t_w i s_w.

Міцність шва перевіряється за результуючими напруженнями t, які визначаються як геометрична складова від s_w та t_w.

s_w виникають від дії згинаючого моменту M = F e.

t_w виникають від дії поперечної сили Q = F.

Умови міцності:

– по МШ;

– по ММС;

де

– по МШ;

– по МMC;

– по МШ;

– по МMC.

5.5.5. Конструктивні вимоги до кутових швів

Довжина кутового шва, отримана за розрахунком, називається розрахунковою. Вона повинна бути кратною 10мм.

Довжина шва, яка вказується на кресленнях металоконструкцій, називається конструктивною. Вона дорівнює розрахунковій +10мм на непроварювання і кратер.

Розрахункова довжина повинна задовольняти умові:

l_{w, min} £ l_w £ l_{w, max},

де l_{w, min} = 40 мм або 4 k_f; l_{w, max} = 85 b_f k_f.

Епюра t вздовж кутового шва реально має вигляд:

Кінці шва перенапружені, середина недонапружена. При l_w > l_w,max середня частина шва виключається з роботи, а кінці шва втрачають міцність, що недопустимо. Це обмеження не стосується кутових швів, в яких зусилля діє по всій довжині (наприклад, поясні шви складених балок).

l_w,min введене для запобігання концентрації зварних напружень.

Катет кутового шва приймається кратним 1 мм і повинен бути:

k_{f, min} £ k_f £ k_{f, max}.

k_{f, min} – визначається за вимогами СНиП (табл.38);

k_f,max залежить від типу зварного з'єднання.

При з'єднаннях елементів впритул

k_f,max= 1,2 t_min,

де t_min – менша із товщин з'єднуваних елементів (t₁ або t₂).

При напусткових з'єднаннях з обрізними кромками k_f,max обмежується товщиною елемента t: k_{f, max} = t.

У прокатних профілях:

Шов біля обушка – приклад з'єднання впритул, тоді k_{fс, max} = 1,2 t_min (де t_min – менша з товщин: t_а або t_р).

Шов біля пера – приклад напусткового з'єднання, при цьому:

t_a £ 6 мм k_{ft, max} = t_a – 1мм;

t_a = 7…16 мм k_{ft, max} = t_a – 2мм;

t_a > 16 мм k_{ft, max} = t_a – 4мм.

Це пов’язано з тим, що внутрішня кромка пера має певний радіус заокруглення і покласти шов на повну товщину t_a практично не вдається.

5.6. Болтові з'єднання. Загальна характеристика

Болтові з'єднання використовують під час монтажу конструкцій, а також в конструкціях, які сприймають динамічні навантаження.

Переваги перед зварюванням:

1) зручність та простота постановки болтів;

2) виконання з'єднання не потребує спеціального обладнання.

Недоліки:

1) підвищена металомісткість завдяки необхідності застосування допоміжних елементів (див. складену балку);

2) послаблення перерізів отворами під болти;

3) підвищена деформативність з'єднання.

За принципом роботи з'єднання поділяють на 2 види:

1) на звичайних болтах:

-грубої точності (клас точності С);

-нормальної точності (клас точності В);

-підвищеної точності (клас точності А);

2) на високоміцних болтах.

Для болтів грубої і нормальної точності, а також високоміцних болтів діаметри отворів на 2…3 мм більші від діаметру болтів. Для болтів підвищеної точності діаметри отворів відрізняються не більше, ніж на +0,3 мм від діаметру болта.

Конструкція болта:

5.7. Розрахунок болтових з'єднань

5.7.1. Розрахунок болтових з'єднань на звичайних болтах

Зусилля в з'єднанні може бути спрямоване як вздовж стержня болта, так і поперек.

Якщо зусилля, що діє в з'єднанні, спрямоване перпендикулярно до осі стержня болта, то таке з'єднання працює на зсув. Взаємному зсуву елементів перешкоджають болти.

Покажемо початковий стан з'єднання:

Після прикладання зусилля зсуву:

Таке з'єднання працює на зсув і розраховується на зріз і зминання. При цьому болти працюють на зріз, а з'єднувальні елементи – на зминання. Зріз болтів відбувається на межі з'єднуваних елементів (по площині зрізу).

Розрахунками визначають розрахункові зусилля, які можуть бути сприйняті одним болтом:

- при роботі з'єднання на зріз N_b = R_bs g_b A_b n_s;

- при роботі з'єднання на зминання N_b = R_bр g_b d St,

де N_b – розрахункове зусилля, яке сприймається одним болтом;

R_bs – розрахунковий опір болта зрізу; залежить від класу міцності болта.

Болти поділяють на 7 класів міцності: 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.10. Перше число, помножене на 100 – межа міцності болта (МПа). Друге число – відношення межі текучості до межі міцності, помножене на 10. Добуток чисел, помножений на 10 – межа текучості болта (МПа).

Наприклад: для класу міцності 4.6 s_u = 4 · 100 = 400 МПа;

s_у = 4 · 6 ·10 = 240 МПа;

R_bs визначається за СНиП (табл. 58);

R_bp – розрахунковий опір болтових з'єднань зминанню; залежить від класу точності болта і межі міцності з'єднуваних елементів R_un (табл. 59);

g_b – коефіцієнт умов роботи болтового з'єднання (табл.35);

A_b – площа перерізу стержня болта (табл.62), або

d – зовнішній діаметр стержня болта (табл.62);

n_s – кількість площин зрізу одного болта: n_s = n – 1 (n – кількість з'єднуваних елементів);

St – мінімальна сумарна товщина елементів, які зминаються в одному напрямку;

для однозрізного з'єднання: якщо t₁ < t₂, то St = t₁ ;

якщо t₂ < t₁ , то St = t₂ ;

для двозрізного з'єднання: якщо t₃ + t₅ < t₄, то St = t₃ + t₅ ;

якщо t₃ + t₅ > t₄, то St = t₄ .

Якщо зусилля, що діє на з'єднання, спрямоване паралельно поздовжній осі болтів, то вони працюють на розтяг.

В цьому випадку визначається розрахункове зусилля, яке сприймається одним болтом при його роботі на розтяг:

N_b = R_bt A_bn,

де R_bt – розрахунковий опір болта розтягу; залежить від класу міцності болта (табл.58);

A_bn – площа перерізу болта “нетто” (табл. 62).

Необхідна кількість болтів в з'єднанні при його роботі на зсув або на розтяг:

де N – зусилля, що діє на з'єднання;

N_{b, min} – мінімальне значення розрахункового зусилля для одного болта.

5.7.2. Розрахунок болтових з'єднань на високоміцних болтах

В таких з'єднаннях болти затягують з великою силою спеціальними тарувальними (динамометричними) ключами, що призводить до щільного притискання з'єднуваних елементів один до одного, і зусилля зсуву сприймається силами тертя, які виникають на межі з'єднуваних елементів. Болти при цьому працюють на розтяг.

Для збільшення сил тертя поверхні елементів в місці стику очищають (чим якісніше очищення, тим більші сили тертя).

Основна перевага таких з'єднань – відсутність переміщень в з'єднанні (оскільки зовнішні сили сприймаються силами тертя і будь-які переміщення недопустимі).

Розрахункове зусилля, яке сприймається кожною поверхнею тертя елементів, стягнутих одним болтом:

де R_bh – розрахунковий опір розтягу високоміцного болта

R_bh = 0,7 R_bun;

R_bun – найменший тимчасовий опір болта розтягу (табл.61);

m - коефіцієнт тертя; залежить від способу обробки поверхні та способу регулювання натягу болта (табл.36);

g_h – коефіцієнт надійності (табл.36).

Необхідна кількість болтів:

де k – кількість поверхонь тертя з'єднуваних елементів.

5.8. Позначення та розміщення болтів в з'єднанні

Болти позначаються:

в плані à - звичайні болти;

D - високоміцні болти;

в перерізі - всі болти.

Болти розміщуються на прямих лініях – рисках. Відстань між болтами називається кроком болтів. Розміщення болтів в з'єднанні може проектуватися рядовим і шаховим.

Для профільної сталі (кутиків, швелерів, двотаврів) в сортаментах наведені нормативні риски е₁, е₂ для кожного номера прокату (тобто відстані до отворів).

Розташування болтів в з'єднанні проектується з врахуванням їх постановки та роботи металу між болтами. При цьому слід керуватися вимогами табл.39 СНиП, в якій наведені мінімальні та максимальні відстані між болтами в різних напрямках, а також від крайніх болтів до країв елемента.

Смисл встановлення цих обмежень полягає в тому, що при малих відстанях між болтами та до краю метал може викрошитись, або в ньому може виникнути бокова тріщина. При великих відстанях може порушитися щільність з'єднання,

або відбутися втрата стійкості зовнішніми стиснутими листами стику. Це призводить до утворення концентраторів корозійності.

При проектуванні стиків на болтах необхідно конструктивно уникати асиметрії стиків, тобто слід проектувати парні накладки з листів або кутиків.

В такому з'єднанні силовий потік симетричний і вузлові моменти

M = N e зрівноважуються.

Якщо з'єднання проектується внапустку або з односторонньою накладкою, то незрівноважені моменти M = N e в тонких елементах можуть викривити стик, оскільки силовий потік намагається вирівнятися.

Такі з'єднання конструювати не рекомендується, оскільки при врахуванні моменту М в з'єднанні кількість болтів слід проектувати на 10% більше, ніж в симетричному стику.

VI. БАЛКИ ТА БАЛКОВІ КОНСТРУКЦІЇ

Дата добавления: 2014-01-04