4.2.2.3. Конструирование болтовых соединений

Основные конструктивные требования к болтовым соединениям помещены в СНиП II-23-81 (п.12.14-12.20):

1. В границах одного конструктивного элемента используют болты одинакового диаметра.

2. Против раскручивания гаек в болтовых соединениях нужно устанавливать контргайки или пружинные шайбы.

3. соединение должно быть наиболее плотным. Плотность соединения проверяют щупом толщиной 0,3 мм. Это связано с тем, что в щелях коррозия металла проходит чрезвычайно интенсивно.

4. Для легких конструкций рекомендуются диаметры болтов до 20 мм, для средних 20...24 мм, тяжелых – 24...30 мм.

5. Перепад поверхностей соединяемых деталей не должен превышать 0,5 мм. Это касается высокопрочных болтов. При перепадах до 3 мм в более толстой детали создают скос механической обработкой с наклоном 1:10. Перепады, которые превышают 3 мм, заполняют прокладками. Заданное проектом натяжение высокопрочных болтов обеспечивается затягиванием гаек специальными ключами с контролем момента закручивания или угла поворота гайки. После контроля усилия головки болтов красят, а соединения шпаклюют по контуру.

6. Расстояние между центрами болтов принимают таким, чтобы обеспечивалась возможность работы гаечными ключами. Размещают оси болтов по рискам, которые ориентируют параллельно и перпендикулярно к оси элемента. Расстояние между центрами болтов вдоль риски именуют шагом. Размещение рисок для прокатных профилей четко нормировано. Ограничивается как наименьшее, так и наибольшее расстояние между осями болтов (рис. 4.18.) Наименьшие расстояния связанны с требованиями работы инструментами и необходимостью избежать разрушения элементов, если болт располагается очень близко к краю элемента. Наибольшие расстояния при сжатии связанны с требованиями обеспечения плотности соединения и устойчивости элементов . В монтажных соединениях, когда болты лишь фиксируют конструкцию, расстояния между ними принимают максимальными. В стыках и узлах следует размещать болты на минимальных расстояниях. Это дает возможность уменьшить размеры накладок.

Рис. 4.18. Размещение рисок болтов и условные обозначения болтов

7. В прикреплениях одного элемента к другому через промежуточные прокладки, при односторонних накладках количество болтов увеличивается по сравнению с расчетом на 10 %.

8. Привязки рисок и шаги принимают кратными 5 мм.

3. Работа стали под нагрузкой

4.2.3.1. Работа стали на растяжение и сжатие.

Чтобы понять работу стали, рассмотрим сначала работу отдельного монокристалла (зерна) железа, затем поликристалла (группы зерен) и, наконец, стали.

Работа монокристалла железа. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что сдвинуть одну часть монокристалла железа по другой значительно легче, чем оторвать. Поэтому пластические деформации в зернах железа протекают путем сдвига. Установлено также , что сдвиг происходит по плоскостям, наиболее густо усеянным атомами, т. е. по направлению большой диагонали объемно-центрированного куба (ОЦК-решетки). Теоретическая прочность на сдвиг превосходит реальную в сотни и тысячи раз. Такое расхождение прочности объясняется тем, что взаимное смещение жестких блоков по атомным плоскостям с идеальной решеткой невозможно, а происходит последовательное перемещение и переползание группы атомов внутри кристалла, связанное с локальным нарушением правильной структуры кристалла (за счет дефектов кристаллической решетки: точечных, линейных и объемных), причем перемещение происходит при напряжениях значительно меньших тех, при которых должен был бы поисходить сдвиг жеских блоков. Граница между участком, где скольжение уже произошло, и остальной частью кристалла называется линией дислокации .

Работа поликристалла железа. Пластическое течение поликристалла железа, обычно называемого просто железом, происходит под воздействием касательных напряжений путем сдвига по отдельным зернам-кристаллам. В железе, состоящем из громадного числа зерен, каждое из зерен имеет разное ориентирование кристаллической решетки, что затрудняет общий сдвиг одной части образца по другой. Затруднение сдвигу создают и границы зерен, где атомная решетка искажена и имеются отложения разных включений. Поэтому сопротивление пластическим деформациям у железа, выше, чем у отдельного монокристалла (железа). Хаотичное ориентирование громадного количества зерен приводит к тому, что в упругой стадии такой материал работает как изотропный (однородный во всех направлениях). При переходе же материала в пластическое состояние всегда находятся плоскости, по которым действуют наибольшие касательные напряжения и большинство зерен на которых расположено благоприятно для сдвига. Плоскости интенсивного пластического течения на поверхности изделий (образцов) видны как линии текучести, называемые линиями Людерса-Чернова.

Работа стали. Большое препятствие образованию сдвигов в зернах феррита создают в стали более прочные зерна перлита, поэтому прочность стали значительно выше прочности чистого железа.

Рассмотрим работу стали при равномерном распределении напряжений при статической нагрузке.

Сталь состоит из огромного количества кристаллов. Внутри кристаллов атомы расположены в определенном порядке, образуя пространственную решетку. Каждый кристалл обладает ярко выраженной анизотропией. Но поскольку таких кристаллов бесконечное множество и ориентированы они по самым разнообразным направлениям, то среднестатистическая сталь по различным направлениям имеет примерно одинаковые свойства, т.е. ведет, себя как квазиизотропное тело (как тело, подобное изотропному).