2. К группе с относят соединения, в которых заклепки поставлены в продавленные отверстия сверленные без кондуктора в отдельных деталях (без последующего рассверливания)

При проектировании болтовых соединений обычно определяют количество болтов заданного класса прочности, необходимое для восприятия внешнего усилия N:

из условия прочности на срез

n≥N/(n_s*γ_b*A*R_bs); (4.23)

из условия прочности на смятие

n≥N/[d* γ_b *(Σ t)_mln R_bp]; (4.24)

из двух полученных значений п принимают наибольшее.

При проектировании болтового соединения, в котором болты работают на растяжение, требуемое для восприятия усилия N, количество болтов определяют из выражения:

n≥N/(A_n*R_bt). (4.25)

Таблица 4.10. Коэффициенты условий работы болтовых соединений

Характеристика соединения	Коэффициент условий работы уъ
1. Многоболтовое в расчетах на срез и смятие при болтах:	1,0
класса точности А
классов точности В и С, высокопрочных с нерегули-	0,9
руемым натяжением
2. Одноболтовое и многоболтовое в расчетах на смятие при
а=1,5d и b=2d в элементах конструкций из стали с пределом
текучести, кН/см^2:	0,8
до 29
свыше 29 до 39	0,75

Примечание, a-расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия; b - то же, между центрами отверстия; d - диаметр отверстий для болта. Коэффициенты, установленные в п. 1 и 2, следует учитывать одновременно.

38. Сдвигоустойчивыв соединения стальных конструкций (высокопрочные болты).

Сдвигоустойчивыв соединения на высокопрочных болтах.

Если болтам придать большое предварительное натяжение, то возникающие вследствие значительного сжатия силы трения по контактирующим плоскостям способны полностью воспринять внешние Усилия, приложенные к соединению.

Создание сильного натяжения в болтах возможно только в том случае, когда болт имеет высокую прочность, на порядок превышающую прочность обычных болтов. Впервые высокопрочные болты были применены в конструкциях стальных железнодорожных мостов в 1948 г. (США) и 1959 г. (Россия). Тот факт, что использование соединений на высокопрочных болтах началось в наиболее ответственных видах сооружений, говорит о том, что к тому времени был ясен вопрос о благоприятных условиях работы фрикционных соединений на выносливость и накоплен опыт замены ослабленных заклёпок в мостах высокопрочными болтами.

Комплект крепежных деталей для устройства соединений на высокопрочных болтах включает болт, гайку и шайбы (см. рис. 4.28, г). В связи с различными условиями эксплуатации этих деталей для их изготовления применяют разные стали.

Для изготовления высокопрочных болтов применяют легированные стали, так как они обладают хорошей прокаливаемостью, что обеспечивает более равномерное распределение механических свойств по сечению болта после его термической обработки (закалка и отпуск).

Условия работы гаек и шайб существенно отличаются от условий работы болтов. Наиболее нагруженной частью гайки является резьба, а шайбы - поверхность изделия. Поэтому для изготовления гаек и шайб используют углеродистые марки стали, которые подвергают термической обработке.

В болтовом соединении на высокопрочных болтах необходимо устанавливать две шайбы - под головку болта и гайку, так как основное назначение шайб заключается в уменьшении трения по торцевой поверхности головки болта или гайки при закручивании.

Отсутствие шайб увеличивает сопротивление закручиванию в связи с пластическими деформациями стали соединяемых элементов при вращении гайки.

Характерная особенность фрикционного соединения - стабильное напряженное состояние высокопрочных болтов, которое формируется на стадии начального напряжения. Освобождение болтов от работы на срез и смятие достигается благодаря их свободной постановке в отверстия при соответствующем ограничении деформаций сдвига. Соединения на высокопрочных болтах мало чувствительны к разности в размерах отверстий и болтов, что является одним из важных показателей при выполнении монтажных работ и определяет дополнительные преимущества таких соединений.

Прочность соединений на высокопрочных болтах зависит от сил трения, возникающих по соприкасающимся плоскостям соединения под влиянием натяжения болтов. Соединение будет тем более, эффективно, чем выше коэффициенты трения. Повышение коэффициентов трения может быть достигнуто за счет увеличения сил молекулярного притяжения, что требует тонкой обработки поверхностей (шлифовки), или за счет увеличения сил сопротивления деформациям на поверхностях контакта, что требует повышения шероховатости поверхностей. Очевидно, что для строительных стальных кон­струкций реальным является второй путь.

Поверхность горячекатаной стали покрыта слоем окалины, имеющим относительно невысокую шероховатость, поэтому окалина на контактных поверхностях уменьшает силы трения из-за ослабления влияния факторов деформирования поверхностей и молекулярного притяжения. Резкое ухудшение фрикционных свойств наблюдается также при окраске контактных поверхностей или их случайном загрязнении.

Таким образом, высоких значений коэффициентов трения можно достичь при неокрашенных, чистых, шероховатых и свободных от загрязнений поверхностях. Приведение поверхностей фрикционных соединений в такое состояние осуществляется специальной обработкой.

По степени удаления окалины обработку различают глубокую и поверхностную. Окалина удаляется полностью при пескоструйной, дробеструйной или химической обработке. При поверхностной обработке металлическими щетками удаляются загрязнения, в то время как окалина сохраняется почти полностью. Промежуточное положение занимает огневая чистка: окалина удаляется частично, причем в большей степени с проката углеродистых сталей и в меньшей - с проката низколегированных сталей.

Огневую обработку поверхности соединяемых деталей разрешают применять при толщинах металла не менее 5 мм, при этом перегрев металла не допускается.

Наибольшую шероховатость дает пескоструйная обработка; менее эффективными являются химический и особенно огневой методы.

Необходимо отметить, что удаление окалины и повышение шероховатости происходит также при развитии коррозии поверхности металла.

Коррозионное разрушение поверхностей происходит естественным путем и как специальный метод обработки не применяется. Однако исследования показали, что для заржавленных поверхностей коэффициент трения изменяется в пределах 0,4...0,7.

Коэффициенты трения в прокатных поверхностях конструкционных сталей, применяемых в расчетах соединений на высокопрочных болтах, определяют на основании опытов (табл. 4.11). При одинаковых способах обработки поверхностей, значения коэффициента трения зависят от прочности стали соединяемых деталей. Для низколегированных сталей он выше, чем для сталей малоуглеродистых. Однако современные нормы этот факт не учитывают и значения коэффициентов трения приняты по экспериментам на ма­лоуглеродистых сталях.

Расчет прочности соединения на высокопрочных болтах выполняют в предположении, что внешнее усилие распределяется между болтами равномерно. Расчетное усилие Q_bh, которое может воспринять одна поверхность трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяют по формуле:

Q_bh = (R_bh*γ_b*А_п*μ) / γ_h , (4.26)

где

R_bh = 0,7 R_bun - расчетное сопротивление растяжению высоко­прочного болта (см. приложение 3); R_bun - наименьшее временное сопротивление высокопрочного болта разрыву, принимаемое равным временному сопротивлению σ_и по ГОСТу, т.е. браковочный минимум по σ_и. Значение R_bun в кгс/мм² наносится на головку высокопрочного болта выпуклыми цифрами; γ_b - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n необходимых для восприятия расчетного усилия, и равный: γ_b = 0,8 при п < 5; γ_b = 0,9 при 5 < п < 10; γ_b =1,0 при п > 10; А_п - площадь сечения болта нетто (см. табл. 4.8);

μ - коэффициент трения, принимаемый по табл. 4.11 в зависимости от принятого способа обработки поверхности;

γ_h > 1 - коэффициент надежности соединения, зависящий от характера нагрузки, воспринимаемой соединением (статическая или динамическая), разности номинальных диаметров отверстий и болтов, от способа контроля натяжения болтов (по крутящему моменту или углу поворота гайки) и от способа обработки поверхностей соединяемых деталей. Значения коэффициента γ_h , изменяются от 1,02 до 1,70.

Количество высокопрочных болтов в соединений, необходимое для восприятия продольной силы N, определяют по формуле:

n≥N/(Q_bh*k* γ_c), (4.27)

где

k - количество плоскостей трения соединяемых элементов; γ_c -коэффициент условий работы элемента конструкции.

Усилие натяжения Р высокопрочного болта определяют из выражения Р=R_bh*А_n и контролируют при помощи специальных динамометрических ключей (с контролем крутящего момента) или тарированным гайковертом (с контролем угла поворбта гайки). Расчет на прочность элементов, ослабленных отверстиями под болты, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. Поэтому проверку следует производить: при действии динамических нагрузок - по площади сечения элемента нетто А_n ; при действии статических нагрузок - по площади сечения элемента брутто А, если А_п > 0,85 А, либо по условной площади А_с = 1,18, если А_n <0,85А