что такое расчетные соединения

ЦЕНТР ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ ТОиР

ТОиР 4.0

ШКОЛА ТОИР 4.0

Цифровизация, цифровая трансформация, Индустрия 4.0, цифровые двойники и интернет вещей, четвертая промышленная революция — эти термины появляются в нашей жизни все чаще и чаще. Но, как правило, они появляются и уходят, не затрагивая область ТОиР. И мы, погруженные в борьбу с отказами и простоями оборудования, выдыхаем, то ли с сожалением, то ли с облегчением… И правда, своих проблем хватает, не до цифровизации. Вот, начали внедрять (далее подставить нужное: SAP, 1C:ТОИР, Microsoft Dynamics…), до сих пор в себя прийти не можем.

Тем не менее, в глубине души мы понимаем, что выживет только тот, кто сможет приспособиться к изменяющейся среде. А внешняя меняется очень и очень быстро. И постепенно изменения доходят и до ТОиР. Изменения рождают сопротивление коллектива, потому что не хочется в очередной раз наступать на те же грабли внедрения чего-либо по указке сверху без должной подготовки; потому что есть опасения, что добавится нагрузка сверх существующей без соответствующей мотивации; есть страх оказаться некомпетентным в новых процессах, и, как следствие, быть уволенным.

Но хотим вас со всей ответственностью предупредить. Просто так взять, и перейти к цифровой трансформации сервиса и внедрить Индустрию 4.0 на неподготовленный ТОиР не получится.

Для начала необходимо освоить базовые практики обслуживания, такие как эксплуатация до отказа, как плановые ремонты по времени и по состоянию. Научиться интегрировать процессы эксплуатации и сервиса оборудования в рамках методик обслуживания по надежности и рискам.

Несомненно, нужно научиться азбуке процессов разрушения и развития отказов.

Развить навык поиска коренных причин отказов оборудования.

Постигнуть смысл цели управления производственными активами.

Общаясь с людьми на разных предприятиях и видя потребности специалистов, занимающихся организацией и проведением технического обслуживания и ремонта, отвечающих за управление производственными активами, мы решили в 2020 году запустить новый информационно-образовательный проект «ТОИР 4.0», где и будем учить перечисленным выше практикам.

Этот проект призван шаг за шагом поднимать общий уровень культуры технического обслуживания и готовить бизнес-процессы ТОиР к работе в условиях четвертой промышленной революции. Мы будем вести регулярную публикацию материалов о базовых вопросах надежности, точного технического обслуживания, планирования, управления активами, сервисных стратегиях и тактиках.

На главной странице нашего сайта https://toir.pro/ есть форма подписки на новости ШКОЛЫ ТОИР 4.0. Подписка и все материалы, распространяемые по этой подписке — бесплатные.

Так что подписывайтесь, и давайте меняться вместе, готовясь жить в условиях быстрых изменений и новых технологий в ТОиР.

Источник

buildingbook.ru

Информационный блог о строительстве зданий

Расчет и проектирование сварного соединения

Сварка по праву является лучшим способом соединения для стальных конструкций.

Общая информация

Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений путем установления межатомных связей между соединяемыми элементами при местном нагревании или пластической деформации или совместном действии того и другого, обеспечивающий необходимую прочность и пластичность сварного соединения.

Преимущества сварного соединения:

1) сварное соединение позволяет получить равнопрочное соединение, т.е. сварное соединение, при правильной сварке, не будет самым слабым местом в конструкции;

2) наименьший расход металла (нет необходимости использовать дополнительные накладки);

3) удобство соединения материалов (детали можно соединять встык, внахлест, под углом);

4) красивый эстетический вид (если правильно сделать).

Из недостатков можно отметить следующее:

1) не всегда на строительной площадке удобно сваривать металлические элементы (тут большое значение имеет скорость монтажа и удобство, по этим параметрам болтовое соединение бесспорно лучше);

2) нельзя сваривать стали, упрочненные термической обработкой или вытяжкой т.к. при сварке теряется эффект упрочнения;

3) сварной шов — концентратор напряжения, поэтому в ряде случаев, при динамической нагрузке на конструкции, заклепочное соединение или соединение на высокопрочных болтах будет надежнее.

По ГОСТ 19521-74 различают 3 класса сварки: термический, термомеханический и механический.

К термомеханическому классу сварки относятся: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая, печная.

К механическому классу сварки относят: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением, магнитоимпульсная.

Кроме того современные виды сварки подразделяют также по техническим и технологическим признакам.

К техническим признакам относится способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса, степень механизации сварки.

К технологическим признакам относят форму сварного соединения: контактная точечная сварка, шовная, стыковая и др; тип сварного тока: постоянный ток, переменный ток, пульсирующий ток.

Электрошлаковая сварка классифицируется по виду электродов: проволочный, пластинчатый, плавящимся мундштуком и др.

В строительстве в основном используется электродуговая сварка: ручная, механизированная, автоматическая.

Ручная дуговая сварка очень распространена в строительстве. Источниками сварного тока могут быть сварочные трансформаторы переменного тока, выпрямители, инвенторы, и генераторы постоянного тока. В настоящее время около 70% работ выполняются ручной дуговой сваркой, так как она имеет ряд преимуществ: простота, дешевизна, мобильность оборудования, высокое качество металла шва, равнопрочность шва и основного металла, возможность выполнить сварку в труднодоступных местах и во всех пространственных положениях. Основным недостатком данного метода является не высокая производительность труда.

Сущность процесса электродуговой сварки: электрическая сварочная дуга возбуждается и горит между электродом и кромками свариваемого изделия, температура дуги достигает 6000-8000 °С. Теплота дуги расплавляет электрод и металл кромок. Получается сварочная ванна жидкого металла, которая при охлаждении превращается в сварной шов. Покрытие электрода во время сварки расплавляется и частично испаряется, образуя жидкий шлак и газовое облако вокруг места сварки. Это покрытие электрода служит для:

— стабилизации устойчивого горения дуги за счет поступающих из покрытия легкоионизирующихся элементов калия, натрия, кальция и др;

— защиты зоны сварки и жидкого металла от атмосферы;

— рафинирования (очистка металла шва от вредных примесей (серы и фосфора);

— раскисления металла шва (восстановления окислов железа);

— легирования металла шва марганцем, кремнием, никелем, хромом, титаном для повышения прочностных, пластических и коррозионных свойств шва.

Всплывшие на поверхность твердеющей ванны неметаллические компоненты образуют шлаковую корку, которая после сварки удаляется механическим путем.

Параметры сварки очень сильно влияют на качество сварного соединения: при повышении силы тока увеличивается глубина проплавения и это может привести к прожегу, увеличение скорости сварки может привести к непровару в шве.

В большинстве случаев для сварки применяется переменный ток, так как он более дешев.

Для ответственных конструкций применяют постоянный ток т.к. сварной шов получается более качественным.

Газовая сварка в строительстве используется при монтаже трубопроводов, в сборке конструкций из тонколистового металла., при сварке цветных металлов, алюминия, свинца.

Температура сгорания достигает 2100-3150 °С. Горелкой расплавляют кромку металла и сварочную проволоку, образуя «ванну» расплавленного металла, которая при остывании образует сварочный шов.

Мы не будем рассматривать в данной статье другие виды сварки т.к. они мало распространены в строительстве, а перейдем к классификации типов сварных соединений и швов.

Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми.

Угловой шов — это шов углового, нахлесточного и таврового сварного соединения.

В стыковых соединениях детали соединяются встык.

На следующем рисунке показаны виды сварных соединений:

На рисунке обозначены сварочные швы:

За один проход можно сварить металл толщиной до 8 мм, при большей толщине необходимо сделать скос кромок и проваривать его в несколько заходов.

На рисунке показано как сварить металл толщиной больше 8 мм в несколько заходов.

Весь процесс сварки, дефекты, контроль качества сварного соединения, а также нюансы не описать в одной статье, поэтому я остановлюсь на тех вопросах, которые необходимы проектировщику, чтобы правильно запроектировать стальные конструкции.

Проектирование сварного соединения

Сварной шов в начале и в конце насыщен дефектами (непровар и т.д. из-за неустановившегося теплового режима), поэтому начало и конец шва необходимо выводить на технологические планки либо при расчетах не учитывать длину равную 2t (2-е толщины наименьшего из свариваемых элементов).

На рисунке представлен пример сварки с выводом начала и конца сварки на технологические планки. Если в расчете принят сварной шов с выводом на технологические планки, то это должно быть отражено в проектной документации.

При проектировании стыкового соединения рекомендуется делать сварной шов под углом 60°, это позволит создать равнопрочное соединение 2-х элементов.

При сварке встык элементов разной ширины следует делать скосы на элементе большей ширины для снижения концентрации напряжений (см. рисунок ниже).

Фланговые швы, расположенные по кромкам прикрепляемого элемента параллельно действующему усилию, вызывают большую неравномерность распределения напряжения по ширине (см. рисунок ниже)

Неравномерно они работают и по длине, так как помимо непосредственной передачи усилия с элемента на элемент концы шва испытывают дополнительные усилия вследствие разной напряженности и неодинаковых деформаций соединяемых элементов. Разрушение шва в данном случае обычно начинает с конца и может происходить как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления, особенно если наплавленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия достаточно равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия одного элемента на другой. Особенно велики напряжения в корне шва.

Уменьшение концентрации напряжений в соединении может быть достигнуто плавным примыканием привариваемой детали, механической обработкой (сглаживанием) поверхности шва и конца, увеличением пологости шва (например шов с соотношением катетов 1:1,5).

Выбор материалов для сварки

Материалы для сварки подбираются в зависимости от марки стали соединяемых деталей, группа конструкций и климатических условий эксплуатации.

Подобрать материал для сварки нужно согласно таблице 55 СНиП II-23-81 или таблице Г.1 СП 16.13330.2011

1. Применение флюса АН-348-А требует проведения дополнительного контроля механических свойств металла шва при сварке соединений элементов всех толщин для конструкций в климатических районах I1, I2, II2, II3 и толщине свыше 32 мм — в остальных климатических районах.

2. Не применять в сочетании с флюсом АН-43.

3. Применять только электроды марок 03с-18 и КД-11.

В районах крайнего севера повышенные требования к ударной вязкости как металлу, так и сварному шву. При низких температурах увеличивается хрупкость металла шва, поэтому для конструкций предназначенных для эксплуатации в условиях крайнего севера используются электроды Э42А, Э46А, Э50А.

Также есть требования к материалам для сварки в районах повышенной сейсмической активности — там также применяют электроды Э42А,Э46А,Э50А.

Конструктивные требования к сварному соединению

Прежде всего при проектировании сварочного соединения необходимо конструктивно его выполнить так, чтобы была возможность соединить детали в соответствии с технологией изготовления.

Чтобы уменьшить сварочные деформации, следует стремиться к наименьшему объему сварки в конструкции, применяя швы наименьшей толщины (наименьшего катета), полученные по расчету или по конструктивным соображениям; необходимо избегать близкого расположения швов друг к другу, образования швами замкнутых контуров и ориентации швов поперек направления действующих в стержне растягивающих напряжений в случае, когда концы стержня закреплены от смещения при сварке.

Сварные стыки балок, колонн следует выполнять без накладок, встык, с двусторонней сваркой и полным проплавлением либо с односторонней сваркой с подваркой корня шва или на подкладках, с выведением концов шва на технологические планки с последующей обрезкой и зачисткой.

Катет углового шва следует назначать согласно таблице:

Катет углового шва не должен превышать 1,2t (t — толщина самого тонкого элемента соединения).

Расчетная длина углового шва должна быть не менее 4kf (4 катета сварного шва) и не менее 40 мм.

Размер нахлестки должен быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов.

Наибольшая длина фланговых швов долна быть не более 85βfkf, так как фактические напряжения по длине шва распределены не равномерно и при длинных швах его крайние участки испытывают перенапряжение, а средние — недонапряжение по сравнению с расчетным значением. Это ограничение не относится к швам, в которых усилие, воспринимаемое швом, возникает на всем его протяжении, например к поясным швам в балках.

Не стоит сваривать слишком тонкий металл и слишком толстый — под действием возникающего напряжения тонкий материал может изогнуться.

Расчет стыковых сварных соединений

Методика расчета стыковых сварных соединений расписана в СНиП II-23-81 п.11.1 и СП 16.13330.2011 п.14.1.14. Несмотря на то, что формулы написаны в них не много по разному, формула одна и та же.

Расчет на центральное сжатие и растяжение в стыковых соединениях следует производить по формуле:

где N — максимальная растягивающая или сжимающая нагрузка, действующая на соединение;

t — наименьшая толщина соединяемых элементов;

lw — расчетная длина сварного шва, равная полной длине сварного шва, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов сварки за пределы стыка (технологические планки);

Rwy — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести (см. формулы таблицы 3 СНиП II-23-81 или таблицы 4 СП 16.1333.2011 — они одинаковые), для растянутых элементов, которые рассчитываются не по пределу текучести, а по пределу прочности вместо Rwy можно использовать Rwu/γu;

Ry — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести (см. Таблицы 51, 51а, 51б СНиП II-23-81 или таблицы В.5 и B.6 СП 16.13330.2011);

Ru — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению (см. Таблицы 51, 51а, 51б СНиП II-23-81 или таблицы В.5 и B.6 СП 16.13330.2011);

γс — коэффициент условий работы (см. таблицу 6 СНиП II-23-81 или таблицу 1 СП 16.13330.2011).

Ry и Ru — это расчетное сопротивление стали соединяемых элементов, причем если стали элементов разные, то принимается расчетное сопротивление наименее прочного материала. Как видим расчетное сопротивление соединения принимается на основе материала соединяемых элементов т.к. металл сварочного шва, при правильном назначении, будет прочнее металла соединяемых элементов. При сжатии сварочный шов можно вообще не считать т.к. расчетное сопротивление будет такое же как и у соединяемых элементов, при растяжении расчетное сопротивление соединения на 15% меньше чем расчетное сопротивление наименьшего из соединяемых элементов, поэтому делают шов делают под уклоном, чтобы соединение было равнопрочным с металлом.

При таком соединении элементы должны провариваться на всю толщину.

Расчетные схемы лобовых швов показаны на следующем рисунке:

Расчет стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно приложению 2 СНиП II-23-81, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.

Расчет угловых швов

Расчет сварного соединения углового шва при действии силы N, проходящий через центр тяжести соединения следует выполнять по одному из 2-х сечений: сечению 1 по металлу шва, и сечению 2 по металлу границы сплавления в зависимости от того, какое сечение более опасно (см. рисунок ниже).

Несмотря на то, что угловые швы работают всегда в условиях сложного напряженного состояния, характер их разрушения показывает, что доминирующим напряжением является срезывающее.

Расчет на срез производится согласно п. 11.2 СНиП II-23-81 или п. 14.1.16 СП 16.13330.2011, в этих нормах формулы не много отличаются, давайте разберемся в чем отличие.

Согласно СНиП II-23-81 угловое сварное соединение необходимо проверить по следующим 2-у формулам:

по металлу шва (сечение 1)

по металлу границы сплавления (сечение 2)

где N — максимальная растягивающая или сжимающая нагрузка, действующая на соединение;

βf и βz — коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см²) — по таблице ниже; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см²) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки βf =0,7; βz = 1;

kf — катет сварного шва, т.е. толщина сварного шва на границе сплавления (см. рисунок ниже);

lw — расчетная длина сварного шва, равная общей длине сварного шва уменьшенной на 10 мм;

Rwf — расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва (см. таблицу 56 СНиП II-23-81 или таблицу Г.2 СП 16.1333.2011);

Rwz — рассчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления (см. таблицы 56 СНиП II-23-81 или таблицу Г.2 СП 16.1333.2011);

γс — коэффициент условий работы (см. таблицу 6 СНиП II-23-81 или таблицу 1 СП 16.13330.2011).

γwf и γwz — коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3 (в холодном климате), для которых γwf =0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением Rwun=410 МПа (4200 кгс/см²) и γwz =0.85 — для всех сталей;

Замечу что коэффициентов γwf и γwz в СП 16.13330.2011 нет, но на данное время обязательным к исполнению является СНиП II-23-81, поэтому этот коэффициент необходимо учитывать.

Разрушение сварных соединений с угловыми лобовыми и фланговыми швами возможно как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления.

Расчет угловых швов на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу границы сплавления

где Wf — момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

Wz — тоже, по металлу сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу границы сплавления

где Jfx и Jfy — моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;

Jzx и Jzy — тоже, по металлу границы сплавления;

x и y — координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.

Момент инерции и момент сопротивления сечения — это табличные данные, которые принимаются для проката в месте сечения, если сечение произвольное, то эти данные необходимо вычислить. Одним из самых простых способов это нарисовать это сечение в программе «Конструктор сечений» комплекса SCAD.

При расчете сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены следующие условия:

где τf и τz — напряжения в расчетном сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.

Источник

buildingbook.ru

Информационный блог о строительстве зданий

Расчет и проектирование болтового соединения

Стальные конструкции на строительной площадке почти всегда соединяются при помощи болтового соединения и у него есть много преимуществ перед другими способами соединения и прежде всего сварным соединением — это простота монтажа и контроля качества соединения.

Из недостатков можно отметить большую металлоемкость по сравнению со сварным соединением т.к. в большинстве случаев нужны накладки. Кроме того отверстие для болта ослабляет сечение.

Видов болтового соединения великое множество, но в данной статье рассмотрим классическое соединение, применяемое в строительных конструкций.

Нормативные документы и рекомендуемая литература по болтовым соединениям

СНиП II-23-81 Стальные конструкции

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНиП II-23-81)

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)

СТО 0031-2004 Болтовые соединения. Сортамент и области применения

СТО 0041-2004 Болтовые соединения. Проектирование и расчет

СТО 0051-2006 Болтовые соединения. Изготовление и монтаж

Виды болтовых соединений

По числу болтов: одноболтовые и многоболтовые. Думаю смысл объяснять не нужно.

По характеру передачи усилия от одного элемента к другому:

Не сдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные). Чтобы понять смысл этой классификации рассмотрим как в общем случае работает болтовое соединение при работе на срез.

Как видим болт сжимает 2-е пластины и часть усилия воспринимается силами трения. Если болты сжимают пластины не достаточно сильно то происходит проскальзывание пластин и усилие Q воспринимается болтом.

Расчет не сдвигоустойчивых соединений подразумевает, что сила затяжки болтов не контролируется и вся нагрузка передается только через болт без учета возникающих сил трения. Такое соединение называют соединение без контролируемого натяжения болтов.

В сдвигоустойчивых или фрикционных соединениях используют высокопрочные болты которые затягивают пластины с такой силой, что нагрузка Q передается посредством сил трения между 2-мя пластинами. Такое соединение может быть фрикционным или фрикционно-срезным, в первом случае при расчете учитываются только силы трения, во втором учитываются силы трения и прочность болта на срез. Хотя и фрикционно-срезное соединение более экономичное, но практически его реализовать в многоболтовом соединении очень трудно — нет уверенности что все болты одновременно смогут нести нагрузку на срез, поэтому фрикционное соединение лучше рассчитывать без учета среза.

При больших сдвигающих нагрузках фрикционное соединение более предпочтительно т.к. металлоемкость данного соединения меньше.

Виды болтов по классу точности и их применение

Болты класса точности А — данные болты устанавливают в отверстия рассверленные на проектный диаметр (т.е. болт встает в отверстие без зазора). Изначально отверстия делают меньшего диаметра и поэтапно рассверливают до нужного диаметра. Диаметр отверстия в таких соединениях не должен быть больше диаметра болта больше чем на 0,3 мм. Сделать такое соединение крайне сложно, поэтому в строительных конструкциях они практически не используются.

Болты класса точности B (нормальной точности) и С (грубой точности) устанавливают в отверстия на 2-3 мм больше диаметров болтов. Разница между этими болтами заключается в погрешности диаметра болта. Для болтов класса точности B фактический диаметр может отклонится не более чем на 0,52 мм, для болтов класса точности C до 1 мм (для болтов диаметром до 30 мм).

Для строительных конструкций как правило применяют болты класса точности В т.к. в реалиях монтажа на строительной площадке добиться высокой точности практически невозможно.

Виды болтов по прочности и их применение

Для углеродистых сталей класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.

Существуют следующие классы прочности болтов: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Первая цифра в классификации предела прочности болтов обозначает предел прочности болта при растяжении — одна единица обозначает предел прочности в 100 МПа, т.е. предел прочности болта класса прочности 9.8 равен 9х100=900 МПа (90 кг/мм²).

Вторая цифра в классификации класса прочности обозначает отношение предела текучести к пределу прочности в десятках процентов — для болта класса прочности 9.8 предел текучести равен 80% от предела прочности, т.е. предел текучести равен 900 х 0.8 = 720 МПа.

Что означают данные цифры? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:

Здесь приведен общий случай испытания стали на растяжение. На горизонтальной оси обозначено изменение длины испытуемого образца, по вертикали — прилагаемое усилие. Как видим из диаграммы при увеличении усилия длина болта изменяется линейно только на участке от 0 до точки А, напряжение в этой точке и есть предел текучести, далее при не большом увеличении нагрузки болт растягивается уже сильнее, в точке Д болт ломается — это есть предел прочности. В строительных конструкциях необходимо обеспечить работу болтового соединения в пределах предела текучести.

Класс прочности болта должен быть указан на торцевой или боковой поверхности головки болта

Если на болтах нет маркировки, то скорее всего это болты класса прочности ниже 4.6 (их маркировка не требуется по ГОСТ). Применение болтов и гаек без маркировки запрещается согласно СНиП 3.03.01.

На высокопрочных болтах дополнительно указывается условное обозначение плавки.

Для применяемых болтов требуется применять соответствующие им классу прочности гайки: для болтов 4.6, 4.8 применяются гайки класса прочности 4, для болтов 5.6, 5.8 гайки класса прочности 5 и т.д. Можно заменить гайки одного класса прочности на более высокие (например если удобнее комплектовать на объект гайки одного класса прочности).

При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе прочности болтов: 4 – при 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при 12.9.

Для болтов из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности в кг/мм² — 50, 70, 80. Например А4-80: марка стали А4, прочность 80 кг/мм²=800 МПа.

Класс прочности болтов в строительных конструкциях следует определять согласно таблице Г.3 СП 16.13330.2011

Рекомендуется использовать использовать более прочные болты, чтобы уменьшить его диаметр и соответственно меньше ослаблять сечение.

Выбор марки стали болта

Марку стали болтов следует назначать согласно таблице Г.4 СП 16.13330.2011

Подбор диаметра болта для строительных конструкций

Для соединений строительных металлических конструкций следует применять болты с шестигранной головкой нормальной точности по ГОСТ 7798 или повышенной точности по ГОСТ 7805 с крупным шагом резьбы диаметров от 12 до 48 мм классов прочности 5.6, 5.8, 8.8 и 10.9 по ГОСТ 1759.4, шестигранные гайки нормальной точности по ГОСТ 5915 или повышенной точности по ГОСТ 5927 классов прочности 5, 8 и 10 по ГОСТ 1759.5, круглые шайбы к ним по ГОСТ 11371 исполнение 1 класса точности А, а также болты, гайки и шайбы высокопрочные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 диаметров 16, 20, 22, 24, 27, 30, 36, 42 и 48 мм.

Диаметр и количество болтов подбираются так, чтобы обеспечить необходимую прочность узла.

Если через соединение не передаются значительные нагрузки, то можно использовать болты М12. Для соединения нагруженных элементов рекомендуется использовать болты от М16, для фундаментов от М20.

Не рекомендуется применение соединений, в которых суммарная толщина соединяемых элементов превышает:

для болтов М12 — 40 мм;

для болтов М16 — 50 мм;

для болтов М20 — 60 мм;

для болтов М24 — 100 мм;

для болтов М27 — 140 мм.

Диаметр отверстия под болт

Для болтов класса точности А отверстия выполняют без зазора, но использовать такое соединение не рекомендуется ввиду большой сложности его изготовления. В строительных конструкциях, как правило, используют болты класса точности B.

Для болтов класса точности В диаметр отверстия можно определить по следующей таблице:

Расстояния при размещении болтов

Расстояния при размещении болтов следует принимать согласно таблице 40 СП 16.13330.2011

Допускается крепить детали одним болтом.

Выбор длины болта

Длину болта определяем следующим образом: складываем толщины соединяемых элементов, толщины шайб и гаек, и добавляем 0,3d (30% от диаметра болта) и далее смотрим сортамент и подбираем ближайшую длину (с округлением в большую сторону). Согласно строительным нормам болт должен выступать из гайки как минимум на один виток. Слишком длинный болт использовать не получится т.к. резьба имеется только на конце болта.

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей (из советского справочника)

В болтовых соединениях работающих на срез, при толщине наружного элемента до 8 мм, резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм. Если выбранная длина болта не соответствует этому требованию, то необходимо увеличить длину болта так, чтобы это требование выполнялось.

Болт работает на срез, толщина скрепляемых элементов 2х12 мм, согласно расчету принят болт диаметром 20 мм, толщина шайбы 3 мм, толщина пружинной шайбы 5 мм, толщина гайки 16 мм.

Минимальная длина болта равна: 2х12+3+5+16+0,3х20=54 мм, согласно ГОСТ 7798-70 выбираем болт М20х55. Длина нарезаной части болта составляет 46 мм, т.е. условие не удовлетворяется т.к. резьба должна входить вглубь отверстия не более чем на 5 мм, поэтому увеличиваем длину болта до 2х12+46-5=65 мм. Согласно нормам можно принять болт М20х65, но лучше использовать болт М20х70, тогда вся резьба будет вне отверстия. Пружинную шайбу можно заменить на обычную и добавить еще одну гайку (очень часто так делают т.к. применение пружинных шайб ограничено).

Мероприятия про предотвращению отвинчиванию болтов

Для того, чтобы крепление со временем не ослабло требуется использовать 2-ю гайку или стопорные шайбы, предотвращающие отвинчивание болтов и гаек. Если болт работает на растяжение, то необходимо использовать 2-ой болт.

Также есть специальные гайки со стопорным кольцом или фланцем.

Применять пружинные шайбы при овальных отверстиях запрещено.

Установка шайб

Под гайку необходимо устанавливать не более одной шайбы. Также допускается устанавливать одну шайбу под головкой болта.

Прочностной расчет болтового соединения

Болтовое соединение можно разделить на следующие категории:

1) соединение работающее на растяжение;

2) соединение работающее на срез;

3) соединение работающее на срез и растяжение;

4) фрикционное соединение (работающее на срез, но с сильным натяжением болтов)

Расчет болтового соединения, работающего на растяжение

В первом случае прочность болта проверяется по формуле 188 СП 16.13330.2011

где Nbt — несущая способность одного болта на растяжение;

Rbt — расчетное сопротивление болта на растяжение;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчет болтового соединения, работающего на срез

Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия:

расчет на срез по формуле 186 СП 16.13330.2011

где Nbs — несущая способность одного болта на срез;

Rbs — расчетное сопротивление болта на срез;

Ab — площадь сечения болта брутто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

и расчет на смятие по формуле 187 СП 16.13330.2011

где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;

Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие;

db — наружный диаметр стрежня болта;

∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины, передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0)

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчетные сопротивления болтов можно определить по таблице Г.5 СП 16.13330.2011

Расчетное сопротивление Rbp можно определить по таблице Г.6 СП 16.13330.2011

Расчетные площади сечения болтов можно определить по таблице Г.9 СП 16.13330.2011

Расчет соединения, работающего на срез и растяжение

При одновременном действии на болтовое соединение усилий,вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду спроверкой по формуле (188), следует проверять по формуле 190 СП 16.13330.2011

где Ns, Nt — усилия, действующие на болт, срезывающие и растягивающие соответственно;

Nbs, Nbt — расчетные усилия, определяемые по формулам 186 и 188 СП 16.13330.2011

Расчет фрикционного соединения

Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять: в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм² и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки; в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле 191 СП 16.13330.2011

где Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7 СП 16.13330.2011;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

μ — коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей (принимается по таблице 42 СП 16.13330.2011);

γh — коэффициент, принимаемый по таблице 42 СП 16.13330.2011

Количество необходимых болтов для фрикционного соединения можно определить по формуле 192 СП 16.13330.2011

где n — требуемое количество болтов;

N — нагрузка, действующая на соединение;

Qbh — расчетное усилие, которое воспринимает один болт (расчитывается по формуле 191 СП 16.13330.2011, расписано чуть выше);

к — количество плоскостей трения соединяемых элементов (обычно 2-а элемента соединяют через 2-е накладные пластины, расположенные с разных сторон, в этом случае к=2);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011;

γb — коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от количества болтов, требуемых для восприятия усилия и принимаемый равным:

This article has 29 Comments

Вам надо собственные справочники и примеры расчета делать! Реально, я бы купил! Очень подробно и доступно все расписано

Спасибо!
Вот пишу, причем бесплатно, всегда можете зайти на сайт и посмотреть. В планах еще много статей, но времени катастрофически не хватает.

Спасибо за Ваш труд. Подробно и понятно.
С уважением

Источник