Размеры высокопрочных болтов

db, мм
Ab, см^2	2,01	3,14	4,52	7,06
Abn, см^2	1,57	2,45	3,52	5,60

Диаметры болтов во фрикционном соединении принимают не менее толщины наиболее толстого из соединяемых элементов. При большом количестве болтов в соединении их диаметр назначают возможно большим.

При выполнении стыка на высокопрочных болтах рекомендуется принимать один диаметр болтов для поясов и стенки.

Принимаем болты d_b = 24 мм. Диаметр отверстия d под болт делается на 2 – 3 мм больше d_b. Назначаем отверстие d = 26 мм.

Размещение болтов производится согласно требованиям, приведенным в табл. 3.9.

Минимальное расстояние между центрами болтов (шаг болтов) в расчетных соединениях определяется условиями прочности основного металла и принимается в любом направлении равным a _min = 2,5 d = 2,5 · 26 = 65 мм.

Принимаем а = 70 мм.

Максимальное расстояние между болтами определяется устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами (в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков a _max ≤ 12 t _min = 12 · 10 = 120 мм, где t _min– толщина наиболее тонкого наружного элемента) и обеспечением плотности соединения:

Минимальное расстояние от центра болта до края элемента для высокопрочных болтов в любом направлении усилия

с _min ≥ 1,3 d = 1,3 · 26 = 33,8 мм.

Принимаем с = 50 мм. Ширина верхней накладки пояса принимается равной ширине пояса балки b_nf = b_f = 450 мм.

Ширина каждой нижней накладки пояса определяется:

b^′_nf = [ b_f – (t_w + 2 k_f + 2Δ)] / 2 = [450 – (12 + 2 ∙ 7 + 2 ∙ 10)] / 2 = 202 мм,

где Δ = 10 – 15 мм – конструктивный зазор.

Толщина каждой накладки пояса

t_nf=t_f /2 + 2 = 25 / 2 + 2 = 14,5 мм.

Принимаем верхнюю накладку из листа 450´14 мм с площадью сечения А_nf = 63 см² и две нижних накладки из листа 200´14 мм с площадью сечения А^′ _nf = 28 см².

Суммарная площадь накладок

А_n = А_nf + 2 А^′ _nf = 63 + 2 ∙ 28 = 119 см² > А_f = 112,5 см².

Горизонтальные болты располагаем в 4 ряда на одной полунакладке.

Определяем длину двух вертикальных накладок:

l_nw = h_w – 2(t_nf + Δ) = 1500 – 2 (14 + 10) = 1450 мм.

Ширина вертикальных накладок

b_nw = 2 а + δ + 4 c = 2 · 70 + 10 + 4 · 50 = 350 мм,

где δ = 10 мм – зазор между элементами.

Толщину каждой вертикальной накладки t_nw принимаем равной толщине стенки t_w за вычетом 2 – 4 мм, но не менее 6 мм (t_nw = 10 мм).

Минимальное количество вертикальных рядов принимается равным двум. Расстояния между вертикальными рядами болтов принимаются минимальными. Расстояния между горизонтальными рядами принимаются близкими к максимальным, количество горизонтальных рядов должно быть четным.

Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов (с учетом расстояния до края элемента с = 50 мм)

а ₁= 1450 – 2 ∙ 50 = 1350 мм.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d_b = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление

R_bun = 1100 МПа = 110 кН/см² (табл. 5.12).

Таблица 5.12

Механические свойства высокопрочных болтов по ГОСТ 22356 – 77*

Номинальный диаметр резьбы d, мм	Марка стали по ГОСТ 4543-71*	Наименьшее временное сопротивление Rbun, Мпа
От 16 до 27	40Х «селект»
З0Х3МФ 30Х2НМФА
	40Х «селект»
30Х3МФ, 35Х2АФ
	40Х «селект»
30Х3МФ

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимаем по M (моменту закручивания). Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где R_bh = 0,7 R_bun = 0,7 · 110 = 77 кН/см²– расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

A_bn = 3,52 см² – площадь сечения нетто болта d_b = 24 мм, принимаемая по табл. 5.11;

– коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки поверхностей (принят газопламенный способ обработки поверхностей, см. табл. 3.15);

– коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей;

g_b – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

0,8 при n < 5; 0,9 при 5 £ n < 10; 1,0 при n ³ 10.

Определяем:

Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом (здесь r – радиус кривизны) кривизне ее составляющих – стенки M_w /(EI_w) и поясов M_f /(EI_f), находим изгибающие моменты, приходящиеся на стенку M_w и на пояса M_f, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EI_w и ЕI_f.

Момент инерции стенки

I_w = 337500 см⁴.

Момент инерции поясов

Изгибающий момент, приходящийся на стенку

M_w = M _max(I_w / I_x) = 4658,72 (337500 / 1645664) = 955,43 кН∙м.

Изгибающий момент, приходящийся на пояса

M_f = M _max(I_f / I_x) = 4658,72 (1308164 / 1645664) = 3703,29 кН∙м.

Расчет стыка пояса. Расчетное усилие в поясе определяется по формуле

N_f = M_f / h_f = 3703,29 / 152,5 = 2428,39 кН.

Количество болтов n на каждую сторону от центра стыка балки для прикрепления накладок пояса определяем по формуле

где k_s = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Принимаем 12 болтов и размещаем их согласно рис. 5.15.

Длину горизонтальных накладок назначаем конструктивно из условия размещения болтов:

l_nf = 2(n ₁ a + 2 c) + δ = 2 (2 70 +2 ∙ 50) + 10 = 490 мм,

где n ₁ = (3 – 1) – количество рядов болтов на полунакладке за минусом 1.

Расчет стыка стенки. Расчетный момент, приходящийся на стенку, уравновешивается суммой внутренних пар усилий, действующих на болты. Максимальное горизонтальное усилие N _max от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее напряженный болт, не должно быть больше несущей способности Q_bhk_s.

Условие прочности соединения

N _max = M_w a _max/(m Σ a_i ²) ≤ Q_bhk_s,

где а_i –соответствующее расстояние между парами сил в болтах;

m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

Для определения числа рядов болтов по вертикали k и назначения их шага а вычисляем коэффициент стыка:

a = M_w /(ma _max Q_bhk_s) = 95543 / (2 × 135 101,64 × 2) = 1,74.

Принимаем по табл. 5.13 число горизонтальных рядов болтов k = 8.

Таблица 5.13

Коэффициенты стыка стенки балок a

Число рядов по вертикали k
a	1,4	1,55	1,71	1,87	2,04	2,20	2,36	2,52	2,69	2,86

Определяем шаг болтов по вертикали:

a = a _max/(k – 1) = 135 / (8 – 1) = 19,29 см.

Шаг a округляется до 5 мм и должен укладываться целое число раз в расстояние между крайними рядами болтов a ₁. Окончательно принимаем по высоте накладки 8 рядов болтов с шагом а = 200 мм, что меньше конструктивного a _max = 208 мм. Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов а ₁ = (8 – 1) ∙ 200 = 1400 мм, между остальными – а ₂ = 1000 мм, а ₃ = 600 мм, а ₄ = 200 мм (см. рис. 5.15).

Длина вертикальных накладок (при с = 35мм > с _min = 33,8 мм)

l_nw =(k – 1) a + 2 c = (8 – 1) ∙ 200 + 2 ∙ 35= 1470 мм.

Проверяем стык стенки по прочности наиболее нагруженного болта:

N _max = 955,43 · 1,4 / [2 (1,4² + 1² + 0,6² + 0,2²)] =

= 199,05 кН < Q_bhk_sγ_с = 101,64 · 2 · 1 = 203,28 кН.

Условие выполняется.

При наличии в месте стыка поперечной силы Q стык стенки рассчитывается на совместное действие поперечной силы Q и части изгибающего мо-

мента, воспринимаемого стенкой M_w. Наиболее напряженный крайний болт рассчитывается на равнодействующую усилий по формуле

где V = Q / n – вертикальная составляющая усилия, действующая на один болт в предположении, что поперечная сила Q полностью передается на стенку и принимается распределенной равномерно на все болты n, расположенные на полунакладке с одной стороны стыка.

Проверяем элементы, ослабленные отверстиями d = 26 мм под болты.

Пояс ослаблен по краю стыка четырьмя отверстиями (n_as = 4) сечением

A_df = n_asdt_f = 4 · 2,6 · 2,5 = 26 см².

Площадь сечения нетто пояса определится:

A_n,f = A_f – A_df = 45 · 2,5 – 26 = 86,5 см² < 0,85 A_f = 0,85 ∙ 112,5 = 95,63 см².

Проверку ослабленного сечения пояса производим по условной площади A_c,f = 1,18 A_n,f = 1,18 ∙ 86,5 = 102,07 см².

Полагая, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, воспринимается силами трения, расчетное усилие в поясе и накладках, ослабленных четырьмя болтами в крайнем ряду, определяется по формуле

Производим проверку прочности ослабленного пояса:

Прочность пояса в месте монтажного стыка обеспечена.

Ослабление накладок четырьмя отверстиями (n_as = 4) по крайнему ряду

A_dn = n_asn_ndt_nf = 4 · 2 · 2,6 · 1,4 = 29,12 см².

Площадь сечения нетто накладок

Условная площадь

A_c,n = 1,18 A_n,nf = 1,18 ∙ 89,88 = 106,06см².

Производим проверку прочности накладок:

Прочность накладок обеспечена.

При необходимости увеличивается толщина накладок t_nf.

---

Дата добавления: 2015-07-10