Болтовые соединения
Достоинства: простота выполнения, надежность.
Недостатки:
- для соединения требуются дополнительные элементы, так называемые метизы (болты, гайки, шайбы)
- необходимость выполнять отверстия, которые ослабляют сечения в отдельных местах (выполняются проверочные расчеты при необходимости)
Различают следующие классы болтовых соединений:
Соединения грубой точности (класс точности С) Разница между диаметром отверстия и диаметром болта dотв – db=2-3 мм. Применяются в монтажных стыках, элементах пространственных конструкций при работе на сдвиг или растяжение
Соединения нормальной точности (класс В) dотв – db=1 мм. Применяются в монтажных стыках конструкций для установки элементов в проектное положение. В ряде случаев требуется контрольная сборка.
Соединения повышенной точности (класс А) dотв – db=0,5 мм.
Выполняется только в заводских условиях при установке конструкции в кондукторах. Применяется при невозможности выполнить сварные соединения.
Болты в соединениях различаются по прочности:
-болты обычной прочности
- высокопрочные болты
Болты обычной прочности подразделяются на классы b1x b2, например 4.6, 5.6, 8.8, 10.9, 6.6. При перемножении чисел предел текучести стали болта в кН/см2. При умножении b1 на 100 – отношение Ryn/ Run в %.
Высокопрочные болты: 40X “Селект”, 110ХЛ – обозначение марок сталей болтов. В данном случае низколегированных сталей. Классы прочности подписываются на торцах болтов.
Применяются болты диаметром от 12 до 48 мм, длиной 50-300 мм. По количеству болтов различают одноболтовые и многоболтовые соединения.
Расчет болтовых соединений.
СП предусматривают вида расчёта:
на срез.
на смятие металла под болтом.
на растяжение.
При расчётах определяют max усилие способное восприниматься одним болтом.
П ри расчётах на срез max усилие определяется по формуле:
р асчётное сопротивление болта срезу, принимаемое в зависимости от класса прочности по требованию пункта 6 СП 16.13330.2011.
Аb- площадь болта = πdb2/4.
ns- количество болтов или количество расчётных срезов 1 болта
к оэффициент условий работы болтового соединения, принимаемый в зависимости от количества болтов в соединении, класса прочности и точности. коэффициент условий работы конструкции.
Расчёт на смятие металла под болтом.
Max усилие способное восприниматься 1 болтом определяется:
р асчётное сопротивление болтового соединения смятию.
db-диаметр болта.
∑t-наименьшая сумма толщин элементов сминаемых в 1 направлении.
Расчёт болтовых соединений на растяжение.
Болты на растяжение работают во фланцевых соединениях.
Наибольшее усилий способное восприниматься одним болтом на растяжение определяется по формуле: Nbt=Rbt*Abt*γc;
Rbt – расчётное сопротивление болтов растяжению в зависимости от класса болтов;
Abt – площадь болта netto (без учёта резьбы);
γc – коэф. условия работы.
При действии силы N проходящей через центр тяжести соединяемых элементов, болты в соединении загружены равномерно. Количество болтов определяется по формуле: n=N/Nb,min;
N – усилие действующее на соединение;
Nb,min – min значение усилий определённых на срез, смятие или растяжение.
Кроме того при действии на болтовое соединение одновременно изгибающих моментов и сдвигающих сил, должно выполнятся условие:
;
, - усилия возникающие в болтах от действия внутренних усилий;
, - расчётное значение усилий способны воспринимать одним болтом.
Конструктивные требования к болтовым соединениям.
1)Предусматриваются мероприятия против развинчивания гаек путём установки контр-гаек или пружинных шайб.
2) При установке болтов в полках уголков следует предусматривают следующую схему:
3)При установке болтовых соединений на внутренней поверхности профилей имеющих уклон предусматриваются косые шайбы.
4) Допускается крепить элементы конструкций одним болтом.
Соединения на высокопрочных болтах. Фрикционные соединения.
Расчёт и конструирование фрикционных соединений ведётся в соответствии п14.3. фрикционные соединения предусматривают передачу усилий за счёт трения поверхностей соединяемых элементов, болты при этом устанавливают с контролирующим ключом. Натяжение болтов создаётся с помощью динамометрических ключей. Предусматривается обработка дробью или газопламенным способом. При небольших усилиях допускается обработка стальными щетками. Рассматриваемый вид соединений применяется в конструкциях с пределом текучести выше 375МПа воспринимающие вибрационные, подвижные или другие динамические нагрузки.
Расчётное усилие способное восприниматься 1-ой поверхностью трения стянутая одним болтом определяется по формуле: ;
Rbh – расчётное сопротивление растяжению высокопрочных болтов;
Abh – площадь болта по резьбе;
µ - коэф. трения принимаемый в зависимости от способа обработки поверхности;
γА – коэф. принимаемый по таблице 42 в зависимости от способа обработки и вида нагрузки на соединение. Необходимое количество болтов во фрикционном соединении определяется по формуле: n=N/(Qbh*k*ϒB*ϒC);
k – количество плоскостей трения;
γB – коэф. условия работы фрикционного соединения, принимается в зависимости от количества болтов.
Сварные соединения.
Достоинства: 1) высокая прочность надёжность, возможность индустриального изготовления сварных соединений; 2) водо- , газо- непроницаемость. Недостатки: наличие концентрации напряжений в местах установки сварных соединений. Концентрация напряжений вследствии усадочных деформаций при остывании сварных швов.
Виды сварных швов (соединений):
Выполненные вручную (ручная сварка). Выполняются электродами, которые имеют следующую маркировку Э42, Э46А, Э50. Марка электрода принимается в зависимости от марки стали соединяемых элементов. «А»-наличие дополнительных пластических свойств соединения. Может применяться для компенсации усадочных деформаций.
Полуавтоматическая сварка- выполняется сварочными аппаратами, перемещаемыми вдоль конструкции, при этом используется сварочная проволока или стальной порошок.
Автоматическая сварка. Вып-ся сварочными аппаратами, перемещающимися вдоль конструкции. Применяется при наличии протяжённых сварных швов. Например в сварных балках.
Виды сварных соединений подразделяются по конструктивному признаку:
1. Сварные соединения встык
2. Угловые сварные соединения
3. Тавровые сварные соединения
Применяются сварные соединения с накладками.
Комбинированные сварные соединения
Схема равнополочного стыка 2-х двутавров
Накладки и сварные швы, объединяющие стенки двутавра воспринимают продольные силы, действующие в элементе. Накладки по верхней и нижней полке воспринимают действие изгибающих моментов и продольных сил. При выполнении сварных стыковых швов следует учитывать дефекты сварного шва, непровары и кратеры. lw=l-2t,
l-геометрич длина,
t-толщина соединяемых элементов.
Для угловых швов дефекты сварного соединения в начале и в конце сварного шва так же учитываются в расчетной длине как l-1см. l-длина сварного углового шва. Для выполнения сварки стык швов с полным проваром по всей длине (без учета дефектов сварного соединения ) сварной шов выполняется с подкладкой.
С целью полного провара сварных стыковых швов по толщине элемента предусматривается разделка кромок.
Разделка кромок выполняется t>=6мм.
Виды раздела кромок:
1. V-образная 1-стороннее 2-стороннее
Применяется при 6<t<12 мм
2. К-образный вид
Толщина соединяемых элементов до 24мм
Х-образная. t<=60мм.
При выполнении сварных стыковых швов в заводских условиях как правило предусматривается физический контроль качества сварных швов. При этом расчетное сопротивление сварного стыкового шва Rwy=0,85Ry . Сварные швы выполняются прерывистыми или сплошными. Например прерывистый сварной шов предусматривается для крепления листового настила к балкам настила. Характеризуется длиной катетов и расстоянием между участками сварных швов
Заводской сварной шов Монтажный сварной шов
Сплошные сварные швы выполняются в балках составного сечения.
По положению в пространстве сварные швы могут быть:
1) горизонтальные (I)
2) вертикальные (II)
3) потолочные (III)
В заводских условиях следует предусматривать положение сварного шва «в лодочку»:
Основные конструктивные требования к сварным швам:
1) в заводских условиях не допускаются пересечения сварных швов или скопления создающих концентрацию напряжений
2) длина сварного шва должна быть не менее 40 мм и не менее 4 катетов сварного шва, т.е.:
lw ≤ 40
lw ≤ 4*Kf
это для сплошных швов.
Для прерывистых сварных швов:
lw ≤ 0,75*b
b-наименьшая ширина свариваемых элементов
3) сварные швы располагают симметрично относительно действия внутренних усилий
4 ) при изготовлении предусматриваются мероприятия по снижению концентрации напряжений. Например:
- в сварных составных балках предусматривается следующая последовательность выполнения сварных швов:
РАСЧЕТ СВАРНОГО СТЫКОВОГО ШВА
Расчет на прочность сварного стыкового шва выполняется по формуле:
t-наименьшая толщина из свариваемых элементов (в данном случае t=t1)
- расчетное сопротивление сварного стыкового шва, принимается в зависимости от марки стали и наличия контроля качества сварных швов.
При недостаточной прочности предусматривается косой стыковой шов.
РАСЧЕТ СТЫКОВОГО ШВА НА ДЕЙСТВИЕ МОМЕНТОВ
Расчет на прочность выполняется по формуле:
t=t1
РАСЧЕТ СВАРНЫХ УГЛОВЫХ ШВОВ
СХЕМА УГЛОВОГО ШВА
«- - - - -» - зона сплавления с основным металлом
При расчете на прочность сварных угловых швов, подверженных действию продольной силы N, выполняются проверки прочности по металлу шва (l-l) и по границе сплавления (ll-ll):
по (l-l)
по (ll-ll)
βf иβz – принимаются в зависимости от вида сварки, положения сварного шва и катета шва (табл. 39)
Kf – катет сварного шва – принимается по минимальному значению в зависимости от вида сварки, вида соединения и наиболее толстого из свариваемых элементов (табл. 38).
при этом Kf не должен превышать:
Kf ≤ 1,2*t min
t min – толщина наиболее тонкого из свариваемых элементов.
lw – расчетная длина сварного углового шва с учетом непроваров и кратеров.
Rwf и Rwz – расчетные сопротивления сварных угловых швов срезу.
Принимаются в зависимости от марки стали соединяемых элементов и вида и марки сварочных материалов.