Болты повышенной точности
Диаметр отверстий для этих болтов принимается равным их диаметру (без плюсовых допусков для болта и минусовых допусков для отверстия не допускается). Поверхность ненарезной части болта и поверхность отверстия должна быть гладкой. Болты в таких отверстиях «сидят » плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы; однако недостаточно сил, стягивающих пакет, ухудшает его работу по сравнению с соединениями на высокопрочных болтах или на заклепках.
Болты повышенной точности обеспечивают плотное малодеформативное соединение – их называют чистыми болтами. Сложность изготовления и постановки болтов повышенной точности привела к тому, что соединения на таких болтах применяется редко.
Высокопрочные болты
Изготовляются из углеродистой стали 35 или из легированных сталей 40Х, 40ХФА и 38ХС и термически обрабатывают уже в готовом виде. Высокопрочные болты, как и болты нормальной точности, устанавливают в отверстия диаметром на 3 мм большие, чем их диаметр, но их гайки затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать и контролировать большую силу натяжения болтов. Такая сила натяжения болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединенными элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.
Таким образам высокопрочный болт, работает на осевое растяжение, обеспечивается передачу сил сдвига трением между соединенными элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционными . Для увеличения силы трения поверхностей элементов в месте стыка очищает от грязи, масла, ржавчины, и окалины.
Анкерные болты
Применяют для крепления баз (башмаков) колонн и стоек к фундаментам.
Заклепочные соединения
Применяются с начала позапрошлого столетия; они надежно работают при статической и динамической нагрузках. Однако перерасход металла в соединениях и их большая трудоемкость по сравнению со сваркой ограничили область применения.
1 – замыкающая головка; 2 – закладная головка
1) – с полукруглой головкой; 2) – с потайной головкой; 3) – с полупотайной
Заклепки в стальных конструкциях различаются по форме закладной и замыкающей головок. Замыкающая головка образуется деформированием выступающей части стержня заклепки. Клепка может выполняться горячим и холодным способом.При горячем способе замыкающая головка образуется в нагретом до температуры примерно 800-1000°С, стержне с помощью пневматического молотка.
При холодной клепке замыкающая головка образуется в ненагретом стержне при помощи мощных клепальных скоб. Сила, стягивающая пакет, при холодной клепке в 2-3 раза меньше, чем при горячей, так как пакет сжимается только усилием клепальной скобы; в процессе горячей клепки заклепка при остывании укорачивает и плотно стягивает пакет (растягивающие напряжения в заклепки достигают 10-15 кН/см.
В конструкциях из алюминиевых сплавов также применяют болты нормальной и повышенной точности. Их изготовляют из алюминиевых сплавов; форма и размеры их такие же, как и у стальных.
Высокопрочные болты для конструкций из алюминиевых сплавов изготовляют из стали. При постановке высокопрочных стальных болтов недопустим непосредственный контакт стали и алюминиевых сплавов, так как в местах соприкосновения возникает интенсивная электрохимическая корразия. В этих случаях шайбы высокопрочных болтов должны быть кадмированы или оцинкованы, а часть стержня болта, находящаяся в соединяемом пакете, обмотана изоляционной лентой (или кадмирован, или оцинкован весь болт).
Болты изготовляют из сталей углеродистых обыкновенного качества марок ВСт. 3 и ВСт. 5, из сталей низколегированных конструкционных, например марки 09Г2, 14Г2, 15ХСНД и других, и из сталей легированных машиностроительных.
Болты бывают черные, получистые и чистые (точеные).
Болты черные изготовляют из круглой прокатной некалиброванной стали холодной или горячей штамповкой или ковкой без последующей обточки стержня и головки.
Болты чистые вытачивают из горячекатаной шестигранной стали, поэтому они стоят дорого.
Болты получистые изготовляют из круглой прокатной калиброванной стали холодной или горячей штамповкой с последующей обточкой опорной поверхности головки и примыкающей к ней части стержня.
Характер работы соединений, выполненных с помощью весьма сильно затянутых болтов, изготовленных из высокопрочных сталей (например, марки 40Х, 38ХС или 30ХЗМФ), резко отличается от характера работы остальных болтовых соединений, потому их выделяют в особую группу - высокопрочные болты.
Отверстия для болтов изготовляют теми же способами, что и для заклепок. Для чистых болтов отверстия должны быть выполнены по типу «В» (V класс точности). Допуски в отверстиях могут быть только плюсовые, а в стержнях чистых болтов - только минусовые (0,2-0,3 мм). Высокопрочные болты можно ставить в отверстия свободно.
Диаметр отверстий для анкерных болтов в устанавливаемом элементе делают примерно в 2-2,5 раза больше диаметра болтов. Такие большие отверстия назначают для того, чтобы иметь возможность передвигать концы конструкций при окончательной выверке положения последних в пространстве, а также для того, чтобы легче надевать конструкции на выступающие концы анкерных болтов без повреждения их нарезки. Большое отверстие для анкерного болта перекрывают прямоугольной шайбой с нормальным отверстием; после окончательной установки конструкции эту шайбу приваривают с одной или двух сторон.
Под головки и гайки болтов ставят круглые шайбы. Гайки постоянных черных и чистых болтов закрепляют постановкой контргаек или пружинных шайб. Приваривать гайки к болтам или забивать резьбу допустимо в исключительных случаях. Под головки и гайки высокопрочных болтов ставят специальные термически упрочненные шайбы. Гайки высокопрочных болтов, затянутые до назначенного закручивающего момента, дополнительно не закрепляют.
Болтовые соединения требуют большего расхода металла, чем сварные b клепаные соединения, и в обычных условиях стоят дороже. Болтовые соединения в строительных металлических конструкциях применяют в специфических случаях. Однако таких случаев много:
1) в сборно-разборных конструкциях, а также для присоединения таких элементов, которые в процессе эксплуатации требуют неоднократной смены (крепление уплотнений в затворах гидротехнических сооружений, крепление их колес и т. п.);
2) в специальных шарнирных узлах, в которых необходимо обеспечить подвижность соединения;
3) в монтажных (постоянных) соединениях для ускорения и упрощения производства работ, например крепление стропильных ферм к колоннам при помощи столиков и болтов, крепление прогонов и связей к стропильным фермам осуществляют на черных болтах; крепление ног сегментных затворов к ригелям осуществляют на чистых болтах;
4) в монтажных (постоянных) соединениях, требующих особо высокой плотности и большой выносливости, под динамической или вибрационной нагрузкой, применяют высокопрочные болты;
5) в случаях малого числа соединений, значительно удаленных друг от друга, расположенных на большой высоте или в глухих местностях, куда доставка специального сварочного или клепального оборудования нерентабельна;
6) в качестве временных монтажных креплений на период производства клепки или сварки применяют черные болты;
7) в соединениях элементов, находящихся на определенном расстоянии, используют распорно-стяжные болты (мусороудерживающие решетки гидротехнических сооружений и др.);
8) в случаях, когда нельзя применить клепку или сварку вследствие стесненности внутренних габаритов конструкции, из-за большой толщины скрепляемых пакетов или если применяемые материалы не выносят неизбежных при клепке ударов или не допускают обычно применяемых видов сварки;
9) для крепления металлических конструкций к фундаментам, каменным стенам и т. п. (анкерные болты).
Высокопрочные болты применяют в ответственных соединениях независимо от характера передаваемого усилия; они особенно эффективны при динамических и вибрационных воздействиях. Чистые болты необходимы в ответственных соединениях, работающих на срез при статической и динамической нагрузках. Получистые болты используют в ответственных соединениях, работающих на срез при статических нагрузках, или на растяжение как при статических, так и при динамических нагрузках. Черные болты применяют в соединениях, работающих на растяжение, в малоответственных и малонагруженных соединениях, работающих, на срез, а также во временных креплениях.
Болт размещают на прямых линиях – дисках. Расстояние между болтами по направлению силы называют шагом, перпендикулярно – дорожкой. Расположение может быть рядовое и шахматное.
Минимальное расстояние между болтами принимают из возможного положения их установки и условий безопасного выкола. Максимальное расстояние принимают при условии плотности элементов.
d- диаметр отверстияt- толщина наиболее тонкого наружного элемента
17.Расчет болтовых соединений в элементах, работающих на изгиб, продольную и поперечную силы. Особенности болтовых соединений в конструкциях из алюминиевых сплавов.
Расчёт болтов в соединениях, работающих на осевую силу.
Необходимое количество болтов определяется
n=, гдеN bmin =minN bs
Для соединения на высокопрочных болтах
R bun – предел прочности высокопрочного болта
μ = 0.57 – дробемётная, дробеструйная обработка.
μ = 0.5 - дробемётная, дробеструйная обработка с консервацией путём мет. алюминия
μ = 0.42 – газопламенная обработка
μ = 0.35 – стальными щётками
μ = 0.25 – без обработки
γ b =0,8 –n<5
γ b =0,9 - 5n<10
γ h – коэффициент надёжности соединения
γ h = 1,02…1,7 принимается в зависимости от способа обработки поверхности, действующей нагрузки (статической, динамической), разности между диаметрами отверстия и болта и коэффициента μ.
k- количество поверхности трения
При расчете заклепочного или болтвтого соединения при сложном напряженном состоянии на действие изгибающего момента, поперечных и продольных усилий исходят из предположения, что продольная и поперечная силы поровну распределяются между всеми заклепками и (болтами) полустыка, а максимальное усилие от действия момента возникает в наиболее удаленных от нейтральной оси заклепках (болтах). Расчетная формула для определения максимального усилия в крайней заклепке (болте) имеет вид:
где - усилие, приходящееся на наиболее нагруженный (крайний) горизонтальный ряд заклепок (болтов) полустыка:
Сумма квадратов расстояний между горизонтальными рядами заклепок (болтов), равноудаленных от нейтральной оси;
Число вертикальных рядов в полустыке;
Общее число заклепок (болтов) в полустыке.
При отсутствии продольных сил в формуле принимают , а в сечении чистого изгиба, в котором и, максимальное усилие на крайнюю заклепку (болт),. Зная, напряжения соединений проверяется по формулам, полагаяи.
Расчёт болтов в соединениях работающих на изгиб.
При изгибе усилие в болтах возрастает неравномерно
Действующий момент М равен
М= m ΣN i l i = m(N 1 l 1 +N 2 l 2 + …+N i l i)
l 1 =l max , N 1 =N max
N 3 =…=N max M=m(N max+ N max+…+ N max) = m (l 1 2 +l 2 2 +…+l i 2)= mΣl i 2
Болт размещают на прямых линиях – дисках. Расстояние между болтами по направлению силы называют шагом, перпендикулярно – дорожкой. Расположение может быть рядовое и шахматное.
Минимальное расстояние между болтами принимают из возможного положения их установки и условий безопасного выкола. Максимальное расстояние принимают при условии плотности элементов.
d- диаметр отверстияt- толщина наиболее тонкого наружного элемента
17.Расчет болтовых соединений в элементах, работающих на изгиб, продольную и поперечную силы. Особенности болтовых соединений в конструкциях из алюминиевых сплавов.
Расчёт болтов в соединениях, работающих на осевую силу.
Необходимое количество болтов определяется
n=, гдеN bmin =minN bs
Для соединения на высокопрочных болтах
R bun – предел прочности высокопрочного болта
μ = 0.57 – дробемётная, дробеструйная обработка.
μ = 0.5 - дробемётная, дробеструйная обработка с консервацией путём мет. алюминия
μ = 0.42 – газопламенная обработка
μ = 0.35 – стальными щётками
μ = 0.25 – без обработки
γ b =0,8 –n<5
γ b =0,9 - 5n<10
γ h – коэффициент надёжности соединения
γ h = 1,02…1,7 принимается в зависимости от способа обработки поверхности, действующей нагрузки (статической, динамической), разности между диаметрами отверстия и болта и коэффициента μ.
k- количество поверхности трения
При расчете заклепочного или болтвтого соединения при сложном напряженном состоянии на действие изгибающего момента, поперечных и продольных усилий исходят из предположения, что продольная и поперечная силы поровну распределяются между всеми заклепками и (болтами) полустыка, а максимальное усилие от действия момента возникает в наиболее удаленных от нейтральной оси заклепках (болтах). Расчетная формула для определения максимального усилия в крайней заклепке (болте) имеет вид:
где - усилие, приходящееся на наиболее нагруженный (крайний) горизонтальный ряд заклепок (болтов) полустыка:
Сумма квадратов расстояний между горизонтальными рядами заклепок (болтов), равноудаленных от нейтральной оси;
Число вертикальных рядов в полустыке;
Общее число заклепок (болтов) в полустыке.
При отсутствии продольных сил в формуле принимают , а в сечении чистого изгиба, в котором и, максимальное усилие на крайнюю заклепку (болт),. Зная, напряжения соединений проверяется по формулам, полагаяи.
Расчёт болтов в соединениях работающих на изгиб.
При изгибе усилие в болтах возрастает неравномерно
Действующий момент М равен
М= m ΣN i l i = m(N 1 l 1 +N 2 l 2 + …+N i l i)
l 1 =l max , N 1 =N max
N 3 =…=N max M=m(N max+ N max+…+ N max) = m (l 1 2 +l 2 2 +…+l i 2)= mΣl i 2
Расчёт болтов в соединениях работающих на m, n, q
18. Область применения, классификация балок. Компоновка балочных площадок: основные схемы, их достоинства и недостатки. Настилы балочных площадок. Определение нагрузок и подбор сечения прокатных балок.
