Работа и расчет болтовых соединений
Виды и общая характеристика болтовых соединений
Для соединения металлических конструкций помимо сварки применяют болты. Болтовые соединения конструкций появились раньше сварных. Простота соединения и надежность в работе способствовали их широкому распространению в строительстве при монтаже металлических конструкций.
Однако болтовые соединения более металлоемки, чем сварные, так как имеют стыковые накладки и ослабляют сечения элементов отверстиями для болтов. В строительных конструкциях применяют болты грубой, нормальной и повышенной точности, высокопрочные, самонарезающие и фундаментные (анкерные).
Болты грубой(ГОСТ 15589-70 с изм.) и нормальной(ГОСТ 7798-70 с изм.) точностиразличаются допусками на отклонения диаметра болта от номинала. Для болтов грубой и нормальной точности отклонения диаметра могут достигать соответственно 1 мм и 0,52 мм (для болтов d≤30 мм). Изготовляют болты из углеродистой стали горячей или холодной высадкой, иногда с последующей термообработкой. В зависимости от процесса изготовления различают несколько классов прочности болтов от 4,6 до 8,8. Класс прочности болтов обозначен числами. Первое число, умноженное на 10, обозначает временное сопротивление (σu, кгс/мм2), а произведение первого числа на второе - предел текучести материала (σy, кr/мм2); вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σy/ σu в %.
Болты в соединении ставят в отверстия на 2-3 мм больше диаметра болта, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах. Разница в диаметрах болта и отверстия облегчает посадку болтов и упрощает образование соединения; это большое преимущество таких болтов.
Рис. Виды болтов
а - болт с шайбой (1) и гайкой (2); б - самонарезающий болт; в - фундаментные болты: тип 1 при d<36 мм, тип 2 при d>30 мм
Болты нормальной (и особенно грубой) точности не рекомендуется применять в конструкциях из стали с пределом текучести больше 380 МПа и в ответственных соединениях, работающих на сдвиг. Они находят широкое применение в монтажных соединениях, где болты работают на растяжение или являются крепежными элементами.
Болты повышенной точности(ГОСТ 7805-70 с изм.) изготовляют также из углеродистой стали, и они имеют те же классы прочности, что и болты нормальной точности.
Диаметр отверстия болтов не должен отличаться более чем на +0,3 мм от диаметра болта. Такие болты изготовляют точением и поэтому имеют высокую стоимость.
Работа и расчет болтовых соединений
Расчет прочности болтовых соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между болтами по формулам:
на срез болтов
;
на смятие болтов
;
на растяжение болтов
,
где N – расчетное значение продольной силы, действующей на соединение;
n – число болтов в соединении;
ns – число расчетных срезов одного болта;
γb – коэффициент условий работы болтового соединения;
- расчетная площадь сечения стержня болта;
Rs, Кр, Rt – расчетные сопротивления на срез, смятие и растяжение болтов;
d – наружный диаметр стержня болта;
- наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.
При проектировании болтовых соединений обычно определяют количество болтов, заданного класса прочности, необходимое для восприятия внешнего усилия N:
из условия прочности на срез
;
из условия прочности на смятие
:
из двух полученных значений n принимают наибольшее.