Болты, применяемые в строительстве. Их характеристика

Болтовые соединения начали применяться с середины XVIII века.

Преимущества:

- простота выполнения соединения;

- отсутствие сложного оборудования.

В соединениях стальных конструкций применяют:

- обычные болты (по ГОСТ 22356 – 70*);

- высокопрочные болты (по ГОСТ 22356 - 77);

- болты анкерные (фундаментные) ( по ГОСТ 24379.1-80).

Болты обычные и высокопрочные используют для соединения элементов стальных конструкций друг с другом.

Болты анкерные - для присоединения конструкций к фундаменту.

Обычные болты изготовляют:

Для монтажных соединений

- грубой точности (класс С);

Для соединений, воспринимающих расчетные усилия

- нормальной точности (класс В);

- повышенной точности (класс А).

Болты класса точности С ставят в отверстия, диаметр которых на 2...3 мм больше диаметра стержня болта.Болты ставятся конструктивно без расчетов.

Болты класса точности В устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1 - 1,5 мм больше диаметра стержня болта.

Болты класса точности А устанавливают в отверстия, проектного диаметра, их диаметр больше диаметра стержня болта на 0,25 - 0,30 мм. Сами болты имеют только минусовой допуск на диаметр стержня. При нагружении болты вступают в работу одновременно.

По прочности болты подразделяют на классы прочности.

Класс прочности болта обозначают двумя цифрами, (например 4.6, 5.8, 6.6).

В обозначении класса прочности болта:

• первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта в кН/см2;

• произведение чисел - предел текучести материала болта в кН/см2;

• вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение sу /su в %.

Класс прочности указывают на головке болта выпуклыми цифрами.

30. Работа болтовых соединений и их расчет на сдвиг при действии статической нагрузки.

Работа на сдвиг является основным видом работы большинства соединений.

Работу такого соединения можно разбить на 4 этапа:

1. Силы трения между соединяемыми элементами не преодолены. Болты работают только на растяжение. Всё соединение работает упруго.

2. Сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отверстия и стержнем болта.

3. Сдвигающее усилие передается на стержень болта. Болт обминается, изгибается, растягивается.

4. Упруго-пластичная работа болта. Разрушение соединения.

Болты нормальной, грубой и повышенной точности по линии сопряжения соединяемых элементов работают на срез, а по боковым поверхностям контакта на смятие. Расчетное усилие N_b, которое может быть воспринято одним болтом, определяется по формулам:

- на срез ,

- на смятие = R_bpg_bdΣt ,

где R_bs - расчетное сопротивления болтовых соединений на сдвиг принимается по СНиП II-23-81*, табл. 58*;

R_bp - расчетное сопротивление болтовых соединений на смятие принимаются по СНиП II-23-81*, табл. 59*;

γ_b - коэффициент условий работы соединения, принимается по СНиП II-23-81*, табл. 35*;

d - наружный диаметр болта;

n_s - число срезов одного болта;

Σt - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

Количество n болтов в одной половине соединения при действии продольной силы определяется по формуле:

где N_min - меньшее из расчетных усилий на срез, смятие

31. Работа и расчет болтовых соединений на растяжение.

В том случае, когда внешняя сила направлена параллельно продольной оси болтов, они будут работать на растяжение. При статической работе такого соединения качество отверстий и поверхности болта не играет никакой роли. Начальное натяжение болтов не сказывается на их несущей способности на растяжение. Когда внешние силы начнут превышать стягивающие усилия болта, монолитность соединения нарушится и растягивающее усилие в болте начнет увеличиваться. Прочность на растяжение определяется прочностью материала болтов, вне зависимости от сил натяжения болта.

Расчетное усилие N_b, которое может быть воспринято одним болтом, определяется по формуле:

- на растяжение = R_btA_bn,

где R_bt - расчетное сопротивления болтовых соединений на растяжение принимается по СНиП II-23-81*, табл. 58*;

A_bn - площадь сечения болта нетто (по резьбе).

Количество n болтов в одной половине соединения при действии продольной силы определяется по формуле:

где N_b^t – расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом.

32. Конструирование болтовых соединений.

Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, рассчитываются отдельно на срез и на растяжение.

Болты размещаются в соответствии со следующими требованиями:

1) элементы в узле допускается крепить одним болтом;

2) в креплении элемента через прокладки, а также в креплениях с односторонней накладкой число болтов увеличивается на 10% в сравнении с расчетом;

3) при креплении выступающих полок уголков или швеллеров коротышами число болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено на 50% против расчетного;

4) при разбивке болтов нужно соблюдать следующие требования:

- расстояние между центрами соседних болтов в любом направлении должно быть минимальное - 3d;

- максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии - 8d или 12t;

- минимальное расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия 1.5d;

- между центрами отверстий - 2d (d - диаметр отверстия для болта, t - толщина наиболее тонкого наружного элемента);

- При размещении болтов в шахматном порядке расстояние между их центрами вдоль усилия следует принимать не менее a + 1,5d, где а - расстояние между рядами поперек усилия, d - диаметр отверстия для болта.

В соединениях с болтами классов точности А, В и С (за исключением крепления второстепенных конструкций и соединений на высокопрочных болтах) должны быть предусмотрены меры против развинчивания гаек (постановка пружинных шайб или контргаек).

33. Типы балок.

Балка – элемент, работающий на изгиб.

Классификация балок

По статической схеме:

- однопролетные (разрезные);

- многопролетные (неразрезные);

- консольные

2. По типу сечения:

- прокатные (швеллер, двутавр);

- составные (сварные, болтовые, клепанные)

Наибольшую экономическую эффективность имеют тонкостенные балки.

34. Компоновка балочных конструкций.

Схемы балочных клеток:

Нормальный тип
Усложненный тип

• Главные балки ориентируют в направлении большего шага колонн и проектируют обычно разрезными (пролет 9...12 м и более, двутаврового сечения с членением на отправочные элементы, соединяемые сваркой либо высокопрочными болтами с накладками).

• Второстепенные балки в плане обычно размещаются с постоянным шагом по длине главных балок.

• Балки настила (из двутавра, швеллера) в плане размещают с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок, их шаг определяется несущей способностью и жесткостью настила.

• Балки настила можно проектировать разрезными и неразрезными.

• Прокатные балки рациональны при пролетах до 8...9 м, нагрузках до 10...12 кН/м².

35. Настилы балочных клеток.

В конструкциях технологических площадок применяют

настилы:

- стальные сплошные настилы из плоского или рифленого листа;

- железобетонные;

- сталежелезобетонные.

Полезная нагрузка на настил может достигать 40 кН/м².

Вертикальные относительные прогибы настила не должны превышать требований норм:

- при пролете L_n <1,0 м – [f/L]=1/120;

- при пролете L_n =3,0 м – [f/L]=1/150;

- при пролете L_n =6,0 м – [f/L]=1/200.

Расчет металлического настила

Для расчета условно выбирается полоса шириной 1м, которая рассчитывается как балка, закрепленная шарнирно-неподвижно на двух опорах и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой.

Толщину настила принимают в пределах

Настилы рассчитывают на момент М и распор Н.

Требуемую толщину настила или пролет из условия его жесткости определяют из соотношения L_н/t_н по формуле:

Где , согласно табл. 40 СНиП II-23-81*;

q_н – нормативная нагрузка на настил;

Е – модуль упругости материала настила (для стали

Е = 2.06 ×104 МПа);

n = 0.3 – коэффициент Пуассона.

Обычно задаются толщиной листа настила t_н в зависимости от нормативной нагрузки на настил

Распор Н - сила, приходящаяся на ширину вырезанной полосы, которую воспринимают сварные швы, крепящие настил к балкам

где - коэффициент надёжности по нагрузке (табл. 1 СНиП 2.01.07-85*).

36. Подбор сечения и проверка несущей способности прокатных балок.

Балки обычно проектируются из прокатных двутавров.

Прочность балок проверяют по формулам:

W_n - момент сопротивления из сортамента.

Порядок подбора сечения

Балка настила является однопролетной, статически определимой с равномерно распределенной нагрузкой. Максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета балки определяется по формуле

Требуемый момент сопротивления
Требуемый момент инерции сечения балки настила из условия обеспечения жесткости определяется по формуле

По сортаменту (ГОСТ 26020-83) подбираем соответствующий двутавр (по W_r и I_r).

37. Проверка жесткости балок.

Прогибы не должны превышать предельных значений

f_max ≤ f_u

Балка настила является однопролетной, статически определимой с равномерно распределенной нагрузкой. Максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета балки определяется по формуле

38. Определение высоты составных балок.

Для балки нагруженной равномерно распределенной нагрузкой минимальная высота находится из условия жесткости по формуле:

где q_n и q - соответственно нормативная и расчетная нагрузки;

R_y - расчетное сопротивление материла;

Е - модуль упругости стали (Е = 2.06×104 MПа);

L - пролет балки;

f – предельный прогиб балки по СНиП 2.01.07-85*.

Оптимальная высота для составных балок определяется по формуле:

где k - коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 1.15 ¸ 1.20;

W_m_р - требуемый момент сопротивления балок определяемый по условию прочности;

t_w - толщина стенки балки (при определении h_опт – задается в соответствии с таблицей)

Высоту балки следует принимать равной или близкой оптимальной, но не менее h_min.

Возможное отклонение от h_o_пт следует делать в сторону уменьшения.
В целях унификации конструкций высота балки должна быть кратной 100 мм.
Следует стремиться к тому, чтобы высота стенки по возможности была равной ширине прокатного стального листа, чтобы исключить его продольную резку.

39. Определение толщины стенки составных балок.

Минимальная толщина стенки определяется из условия прочности на сдвиг (срез) стенки у опоры по формуле:

где R_s – расчетное сопротивление стали сдвигу.

40. Последовательность подбора сечения составных балок.

Подбор сечения сварных составных балок производится в следующей последовательности:

1) задается ориентировочная высота балки h=(1/8…1/12);

2) определяется толщина стенки по эмпирической формуле:

где t_w и h в мм;

3) по наибольшему (расчетному) изгибающему моменту M_max находится требуемый момент сопротивления балки;

4) определятся высота балки, исходя из экономических соображений h_опт и требований по второму предельному состоянию h_min;

5) определятся площадь поперечного сечения поясов A_f:

6) задается ширина пояса в пределах b_f = (1/3...1/5)h (из условия общей устойчивости балки);

7) определяется толщина пояса

Отношение ширины свеса b_ef и t_f должно быть

8) вычисляется момент инерции I_x и момент сопротивления W_x подобранного сечения балки;

9) выполняются проверки:

- прочности по нормальным напряжениям

(недонапряжение допускается не более 5%, перенапряжение не допускается);

- прочности стенки на сдвиг (срез) торцевом опорном ребре