Расчет соединения на растяжение
СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ПРЯМЫМ ШВОМ
(рис. 1, а).
Допускаемая сила для соединения при растяжении
Р1 = [σ’p]·L·S ,
то же при сжатии
Р2 = [σ’сж]·L·S ,
где,
[σ’p] и [σ’сж] — допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.
При расчете прочности все виды подготовки кромок в стыковых соединениях принимают равноценными.
СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С КОСЫМ ШВОМ
(рис. 1, б).
Допускаемая сила для соединения при растяжении
То же при сжатии
При β = 45° — соединение равнопрочно целому сечению.
НАХЛЕСТОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
(рис. 2).
Соединения выполняют угловым швом. В зависимости от напряжения шва относительно направления шва относительно направления действующих сил угловые швы называют лобовыми (см. рис. 2, а), фланговыми (см. рис. 2. б), косыми (см. рис. 2. в) и комбинированными (см. рис. 2, г).
Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К — длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
Минимальный катет углового шва Кmin принимают равным 3 мм, если толщина металла S >= 3 мм.
Допускаемая сила для соединения
где, [τср] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К — катет шва;
L — весь периметр угловых швов;
— для лобовых швов L = l; для фланговых L = 2l1;
— для косых L = l/sinβ;
— для комбинированных L = 2l1 + l.
СОЕДИНЕНИЕ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
(рис. 3).
Силы, передаваемые на швы 1 и 2, находят из уравнений статики
Необходимая длина швов
где,
[τ’ср] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К — катет шва.
Примечание: Допускается увеличение l2 до размера l1.
ТАВРОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Наиболее простое в технологическом отношении.
Допускаемая сила для растяжения
Р = 0,7 [τ’ср] KL,
где,
[τ’ср] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К — катет шва, который не должен превышать 1,2S (S — наименьшая толщина свариваемых элементов).
Наиболее обеспечивающее лучшую передачу сил.
Допускаемая сила для растяжения
Р1 = [σ’p]·L·S ,
то же при сжатии
Р2 = [σ’сж]·L·S ,
где,
[σ’p] и [σ’сж] — допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.
СОЕДИНЕНИЕ С НАКЛАДКАМИ
Сечение накладок, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 6)
где,
F — сечение основного металла; [σp] — допускаемое напряжение при растяжении основного металла; [σ’p] — допускаемое напряжение для сварного шва при растяжении.
Сечение накладки, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 7):
где,
[τ’cp] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез.
СОЕДИНЕНИЕ С ПРОРЕЗЯМИ
Применяют лишь в случаях, когда угловые швы недостаточны для скрепления.
Рекомендуется a = 2S , l = (10 ÷ 25)S.
Допускаемая сила, действующая на прорезь
Р = [τ’сp]·L·S ,
где,
[τ’сp] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез.
СОЕДИНЕНИЕ ПРОБОЧНОЕ
Применяют в изделиях, не несущих силовых нагрузок. Пробочную сварку можно применять для соединения листов толщиной от 15 мм.
Если пробочные соединения подвергаются действию срезывающих сил, то напряжение
где,
d — диаметр пробки;
i — число пробок в соединении.
СОЕДИНЕНИЕ СТЫКОВОЕ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА
При расчете прочности соединения (см. рис. 9), осуществленного стыковым швом, находящимся под действием изгибающего момента Ми и продольной силы Р, условие прочности
где,
W = Sh²/6;
F = hS.
При расчете прочности соединения (см. рис. 10, а), осуществленного угловым швом, находящимся под действием изгибающего момента Ми и продольной силы Р, расчетные касательные напряжения в шве
где,
Wc = 0,7Kh²/6;
Fc = 0,7Kh.
При расчете прочности соединений (см. рис. 10, б), состоящих из нескольких швов и работающих на изгиб, принимают (для приведенного графически случая), что изгибающий момент Ми уравновешивается парой сил в горизонтальных швах и моментом защемления вертикального шва
Если момент Ми и допускаемое напряжение τ заданы, то из полученного уравнения следует определить l и K, задавшись остальными геометрическими параметрами.
ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ
Допускаемые напряжения (табл. 1 и 2) для сварных швов принимают в зависимости:
а) от допускаемых напряжений, принятых для основного металла;
б) от характера действующих нагрузок.
В конструкциях из стали Ст5, подвергающихся воздействию переменных или знакопеременных нагрузок, допускаемые напряжения для основного металла понижают, умножая на коэффициент
где,
σmin и σmax — соответственно минимальное и максимальное напряжения, взятые каждое со своим знаком.
1. Допускаемые напряжения для сварных швов
в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке
| Сварка | Для стыковых соединений | При срезе [τ’ср] | |
| при растяжении [σ’p] | при сжатии [σ’сж] | ||
| Ручная электродами: Э42……….. Э42 А……. | 0,9[σp] [σp] | [σp] [σp] | 0,6[σp] 0,65[σp] |
| [σp] — допускаемое напряжение при растяжении для основного металла. | |||
2. Допускаемые напряжения в МПа
для металлоконструкций промышленных сооружений
(подкрановые балки, стропильные фермы и т. п.)
| Марка стали | Учитываемые нагрузки | |||||
| основные | основные и дополнительные | |||||
| вызывающие напряжения | ||||||
| растяжения, сжатия, изгиба | среза | смятия (торцового) | растяжения, сжатия, изгиба | среза | смятия (торцового) | |
| Подкрановые балки, стропильные фермы и т.п. | ||||||
| Ст2 Ст3 | 140 160 | 90 100 | 210 240 | 160 180 | 100 110 | 240 270 |
| Металлоконструкции типа крановых ферм | ||||||
| Ст0 и Ст2 Ст3 и Ст4 Ст5 Низколеги- рованная | 120 140 175 210 | 95 110 140 170 | 180 210 260 315 | 145 170 210 250 | 115 135 170 200 | 220 255 315 376 |
Для конструкций из низкоуглеродистых сталей при действии переменных нагрузок рекомендуется принимать коэффициент понижения допускаемых напряжений в основном металле
где,
ν — характеристика цикла, ν = Рmin / Pmax; Рmin и Pmax соответственно наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы в рассматриваемом соединении, взятые каждая со своим знаком;
Ks — эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 3).
3. Эффективный коэффициент концентрации напряжения Ks
| Расчетное сечение основного металла | Кs |
| Вдали от сварных швов | 1,00 |
| В месте перехода к стыковому или лобовому шву (металл обработан наждачным кругом) | 1,00 |
| В месте перехода к стыковому или лобовому шву (металл обработан строганием) | 1,10 |
| В месте перехода к стыковому шву без механической обработки последнего | 1,40 |
| В месте перехода к лобовому шву без обработки последнего, но с плавным переходом при ручной сварке | 2,00 |
| В месте перехода к лобовому шву при наличии выпуклого валика и небольшого подреза | 3,00 |
| В месте перехода к продольным (фланговым) швам у концов последних | 3,00 |
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Пример 1. Определить длину швов, прикрепляющих уголок 100x100x10 мм к косынке
(рис. 11. а). Соединение конструируется равнопрочным целому элементу. Материал сталь Ст2. Электроды Э42.
В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [σp] = 140 МПа. Площадь профиля уголка 1920 мм² («Уголки стальные горячекатаные равнополочные» ГОСТ 8509-93).
Расчетная сила в уголке
Р = 140×1920 = 268 800 Н
В данном случае допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве
[τcp] = 140×0,6 = 84 МПа.
Требуемая длина швов (при К =10 мм) в нахлесточном соединении согласно расчету к рис. 11а.
Длина лобового шва l = 100 мм: требуемая длина обоих фланговых швов lфл = 458-100 = 358 мм. Так как для данного уголка е1 = 0,7l то длина шва 2 будет l2 — 0,7×358 = 250 мм, длина шва 1 будет l1 = 0,3×358 = 108 мм. Принимаем l2 = 270 мм, l1 = 130 мм.
Пример 2. Определить длину l швов, прикрепляющих швеллер №20а. нагруженный на конце моментом М = 2,4×107 Н·мм (рис. 11. б). Материал сталь Ст2. Электроды Э42.
В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [σp] = 140 МПа. Допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве
[τ’cp] = 140×0,6 = 84 МПа.
Момент сопротивления сечения швеллера W = 1,67 x 105 мм³ (из ГОСТа)
Напряжение
σ = 2,4×107 / 1,67×105 = 144 МПа
Катет горизонтальных швов К1 = 10 мм, вертикального К2 = 7,5 мм. Из формулы 1 (см. выше) находим
Принимаем l = 200 мм. При этой длине шва напряжение при изгибе
Полученная величина меньше допускаемой [τ’cp] = 84 МПа.
ЭЛЕКТРОДЫ
Размеры и общие технические требования на покрытые металлические электроды
для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев из сталей и сплавов приведены в ГОСТ 9466-75 или кратко здесь.
Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки
конструкционных и теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75):
Электроды изготовляют следующих типов:
Э38, Э42, Э46 и Э50 — для сварки низкоуглеродистых и низколегированных
конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа:
Э42А, Э46А и Э50А — для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;
Э55 и Э60 — для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных
сталей с временным сопротивлением разрыву св. 500 до 600 МПа;
Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 — для сварки легированных конструкционных сталей
повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа;
Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2МГ, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ — для сварки легированных теплоустойчивых сталей.
Механические свойства металла шва,
наплавленного металла и сварного соединения при нормальной температуре (по ГОСТ 9467-75)
| Типы электродов | Металл шва или наплавленный металл | Сварное соединение, выполненное электродами диаметром менее 3 мм | |||
| Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм²) | Относительное удлинение δ5, % | Ударная вязкость KCU, Дж/см² (кгс·м/см²) | Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм²) | Угол загиба, градусы | |
| не менее | |||||
| Э38 | 380 (38) | 14 | 28 (3) | 380 (38) | 60 |
| Э42 | 420 (42) | 18 | 78 (8) | 420 (42) | 150 |
| Э46 | 460 (46) | 18 | 78 (8) | 460(46) | 150 |
| Э50 | 500 (50) | 16 | 69 (7) | 500 (50) | 120 |
| Э42А | 420 (42) | 22 | 148 (15) | 420 (42) | 180 |
| Э46А | 460 (46) | 22 | 138 (14) | 460 (46) | 180 |
| Э50А | 500 (50) | 20 | 129 (13) | 500 (50) | 150 |
| Э55 | 550 (55) | 20 | 118 (12) | 550 (55) | 150 |
| Э60 | 600 (60) | 18 | 98 (10) | 600 (60) | 120 |
| Э70 | 700 (70) | 14 | 59 (6) | — | — |
| Э85 | 850 (85) | 12 | 49 (5) | — | — |
| Э100 | 1000 (100) | 10 | 49 (5) | — | — |
| Э125 | 1250 (125) | 8 | 38 (4) | — | — |
| Э150 | 1500 (150) | 6 | 38 (4) | — | — |
ГОСТ 9467-75 предусматривает также типы электродов и механические свойства наплавленного металла или металла шва для легированных теплоустойчивых сталей.
Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки
поверхностных слоев с особыми свойствами (по ГОСТ 10051-75)
| Тип | Марка | Твердость без термообработки после наплавки HRC | Область применения |
| Э-10Г2 Э-11Г3 Э-12Г4 Э-15Г5 Э-30Г2ХМ | ОЗН-250У O3H-300У ОЗН-350У ОЗН-400У НР-70 | 22,0-30,0 29,5-37,0 36,5-42,0 41,5-45,5 32,5-42,5 | Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.) |
| Э-65Х11Н3 Э-65Х25Г13Н3 | ОМГ-Н ЦНИИН-4 | 27,0-35,0 25,0-37,0 | Наплавка изношенных деталей из высокомарганцовистых сталей типов Г13 Г13Л |
| Э-95Х7Г5С Э-30Х5В2Г2СМ | 12АН/ЛИВТ ТКЗ-Н | 27,0-34,0 51,0-61,0 | Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием |
| Э-80Х4С Э-320Х23С2ГТР Э-320Х25С2ГР Э-350Х26Г2Р2СТ | 13КН/ЛИВТ Т-620 Т-590 Х-5 | 57,0-63,0 56,0-63,0 58,0-64,0 59,0-64,0 | Наплавка деталей, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания |
| Э-300Х28Н4С4 Э-225Х10Г10С Э-110Х14В13Ф2 Э-175Б8Х6СТ | ЦС-1 ЦН-11 ВСН-6 ЦН-16 | 49,0-55,5 41,5-51,5 51,0-56,5 53,0-58,5 | Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания ударными нагрузками |
ГОСТ предусматривает также и другие химический состав, типы и марки электродов.
Сварочные материалы, применяемые для сварки стальных конструкций, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость) не менее нижнего предела свойств основного металла конструкции.
Свариваемые материалы и применяемые электроды:
— СтЗкп, СтЗкп, СтЗпс, Сталь 08кп, Сталь 10 — Э42, Э42А, Э46;
— Сталь 20 — Э42;
— Сталь 25Л — Э46;
— Сталь 35Л, Сталь 35, Сталь 45, Ст5кп, Ст5пс — Э50А;
— Сталь 20Х, Сталь 40X — Э85;
— Сталь 18ХГТ, Сталь 30ХГСА — Э100;
— АД1, АД1М, АМг6 — Присадочные прутки.
Подробную классификацию покрытых электродов и область применения смотри здесь.
Источник
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
В стыках и узлах болты необходимо располагать ближе друг к другу , а конструктивные соединительные болты (служащие для соединения деталей без передачи значимых нагрузок) на максимальных расстояниях.
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.
Приведем пример:
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:
0,8 при n < 5;
0,9 при 5 ≤ n < 10;
1,0 при n ≤ 10.
Обозначение болтового соединения на чертежах
Условное обозначение болтового соединения на чертежах необходимо выполнять согласно ГОСТ 2.315-68
Основные условные обозначения болтового соединения выглядят следующим образом:
Болты при фрикционном соединении обозначаются треугольником.
Ну и напоследок не много юмора
Источник