Сварные и болтовые соединения металлических конструкций

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Соединения элементов стальных конструкций

Основным видом заводских соединений являются сварные соединения. Сварка существенно (до 20 %) снижает трудоемкость изготовления, упрощает конструкцию и в сравнении с ранее применявшейся клепкой дает значительную (до 15. 20 %) экономию металла. Возникающие внутренние остаточные напряжения от сварки, суммируясь с напряжениями от действия сил на элемент, усложняют напряженное состояние сварного соединения. В частности, при сварке толстых элементов возникает объемное напряженное состояние, особенно опасное при действии динамических нагрузок и низких температур, когда оно способствует хрупкому разрушению соединения. В строительных конструкциях применяется в основном электродуговая (ручная, автоматическая, полуавтоматическая, газоэлектрическая и электрошлаковая) сварка. Применение контактной и газовой сварки ограничено.

Преимущество ручной электродуговой сварки заключается в ее универсальности. Она может выполняться в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях (рис. 14.2), а также в труднодоступных местах. Это обусловило ее широкое распространение на монтаже, где затруднено применение механизированных способов сварки. Однако ручная сварка обладает рядом недостатков малой глубиной проплавления основного металла, малой производительностью по сравнению с автоматической сваркой под флюсом. Для компенсации этих недостатков применяют тугоплавкие обмазки, которые повышают производительность сварки и увеличивают глубину проплавления шва (сварка с глубоким проплавлением).

В случае автоматической и полуавтоматической сварки дуга замыкается под слоем флюса, флюс расплавляется и надежно защищает расплавленный металл от соприкосновений с воздухом; расплавленный металл в этих условиях остывагт несколько медленней, хорошо освобождается от пузырьков газа и шлака, получается чистым, с ничтожным количеством вредных примесей; большая сила тока, допустимая при автоматической сварке, и лучшая теплозащита шва обеспечивают глубокое проплавление свариваемых элементов и большую скорость сварки, хотя этот вид сварки затруднительно вести в вертикальном и потолочном положениях. Электрошлаковая сварка (разновидность автоматитической сварки) удобна для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Она осуществляется под слоем расплавленного шлака; сварочная ванна защищена с боков медными ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Сварка в среде углекислого газа не требует приспособлений для удержания флюса, может выполняться в любом пространственном положении, обеспечивает получение высококачественных сварных соединений, хотя при этой сварке поверхность шва получается менее гладкой, чем при сварке под флюсом; к недостаткам относятся также необходимость защищать рабочих от излучения дуги и от скопления газа.

Сварные швы. По своей форме сварные швы подразделяются на стыковые и угловые (валиковые). Стыковые швы служат для стыкования элементов, лежащих в одной плоскости. Они весьма эффективны, так как дают наименьшую концентрацию напряжений, хотя и требуют дополнительной разделки кромок. По форме разделки кромок стыковые швы бывают U-, образными. Для U- и V- V- и К- образных швов, завариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны — для устранения возможных непроваров (рис 14.3, а, поз.1), являющихся источником концентрации напряжении. Различные варианты стыковых швов показаны на рис. 14.3, б. Валиковые (угловые) швы навариваются в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Создаваемый при этом шов имеет форму валика (рис. 14.3, в).

Сварные швы по положению в пространстве при их выполнении могут быть вертикальными, горизонтальными и потолочными (см. рис. 14.2). Наиболее легко поддается механизации и дает лучшее качество шва сварка нижних швов. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы трудно механизировать, а при выполнении их вручную качество шва относительно невысоко, поэтому применения этих швов следует по возможности избегать.

Сварные соединения. Существуют следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые (впритык). В стыковых соединениях элементы соединяются торцами или кромками, т. е. один элемент как бы является продолжением другого (рис. 14.3, г). Стыковые соединения дают наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий; они экономичны, могут быть наиболее надежно проконтролированы. Толщина свариваемых элементов в соединениях такого вида практически не ограничена. Стыковые соединения применяются в основном для листового металла и могут быть выполнены прямым или косым швом ( соответственно слева и справа на рис. 14.3, г).

В соединениях внахлестку поверхности свариваемых листов частично находят друг друга (рис. 14.3, д). Их широко применяют при сварке листовых конструкций из стали небольшой толщины (3. 6 мм), в решетчатых и некоторых других видах конструкций. К соединениям внахлестку относятся также соединения с накладками (рис. 14.3, г, е), применяемые для соединения элементов из профильного металла и для усиления стыков. Соединения внахлестку и с накладками отличаются простотой, хотя вызывают резкую концентрацию напряжений, что ограничивает их применение при действии динамических нагрузок или низких температур; кроме того, они более металлоемки, чем стыковые.

Болтовые соединения. В металлических конструкциях для соединения элементов применяют болты грубой, нормальной, повышенной точности, а также высокопрочные диаметром от 16 до 30 мм. Используют также анкерные болты диаметром до 90 мм.

Болты имеют головку, тело, которые на 2—3 мм меньше толщины соединяемого пакета, и нарезную часть, на которую надевается шайба и навинчивается гайка. Болты грубой и нормальной точности и гайки к ним изготовляют из углеродистой стали и вводят в отверстия, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах. Края отверстия обычно имеют негладкую поверхность, несовпадение отверстий в отдельных элементах, что ухудшает работу соединения. Разница в диаметрах болта и отверстия (на 2. 3 мм повышает деформативность соединения, хотя и облегчает посадку болтов и упрощает образование соединения.

Для болтов повышенной точности (из углеродистой или легированной стали) принято поверхность ненарезанной части тела болта обтачивать до строго цилиндрической формы, а диаметр отверстия для таких болтов равен диаметру болта плюс 3 мм. Гладкая поверхность отверстия достигается сверлением отверстий в собранных элементах либо через специальные кондукторы-шаблоны, в отдельных элементах и деталях. Такие соединения применяют довольно редко.

Высокопрочные болты изготовляют из углеродистой стали 35 или легированных сталей 40Х, 40ХФА и 38ХС. Болты подвергают термической обработке в уже готовом виде. Высокопрочные болты ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра, причем гайки затягивают специальным ключом, достигая большой силы натяжения болтов. Последняя плотно стягивает соединяемые элементы и препятствует их взаимному сдвигу за счет трения между соединяемыми элементами.

Расчет болтовых соединений (кроме высокопрочных) производится для двух случаев работы. Когда внешнее усилие направлено поперек оси болта, соединение работает на сдвиг, а болты работают на срез и смятие. Если же усилие действует вдоль оси стержня болта, то болты работают на растяжение, а разрушение соединения наступает после больших пластических деформаций, в результате чего усилие распределяется поровну между всеми болтами.

Контрольные вопросы. 1. Как различают строительные стали по составу? 2. Каков общий принцип расчета стальных конструкций по предельным состояниям первой группы ? 3. Каков общий принцип расчета стальных конструкций по предельным состояниям второй группы? 4. Какие коэффициенты надежности учитывают при расчете стальных конструкций ? 5. Какие коэффициенты условий работы учитывают при расчете стальных конструкций? 6. Каковы основные виды нормативных сопротивлений стали? 7. Каковы основные виды расчетных сопротивлений стали ? 8. Каковы основные способы сварки? 9. Каковы основные типы сварных швов ? 10. Каковы основные виды сварных соединений? 11. Как производится расчет сварных соединений ? 12. Какие виды болтов применяют в строительных конструкциях? 13. Как производится расчет болтовых соединений?

Читайте также  Водоабразивная резка металла

Способы соединения металлических конструкций

При изготовлении и монтаже технологических конструкций применяют в основном сварные и болтовые соединения. Соединения на заклепках в последнее время применяют очень редко.

При изготовлении конструкций элементы соединяют на сварке. Это наиболее экономичный способ с точки зрения трудоемкости и расхода металла. Монтажные соединения обычно выполняют на болтах. Сборка металлоконструкций при монтаже на болтах намного снижает трудоемкость работ, так как сварка элементов, особенно на высоте, очень трудоемка. Соединение на болтах в данном случае себя вполне оправдывает.

В болтовых соединениях, не требующих передачи больших усилий, применяют болты грубой точности. Для ответственных узлов применяют болты нормальной и повышенной точности. Такие болты усложняют монтаж, так как требуют большой точности в работе. Часто используют болты грубой точности (раньше эти болты называли черными). В последнее время широко применяют соединения на высокопрочных болтах.

При изготовлении технологических металлоконструкций применяют сварку: электрическую, ручную, полуавтоматическую и автоматическую под флюсом, а также электросварку в защитном газе (рис. 19). Применяют газовую сварку, а также точечную или контактную электросварку.

Наиболее широко распространена ручная электродуговая сварка, так как она не требует сложной аппаратуры, ее можно проводить в любых условиях.

В последнее время значительно увеличилось применение механизированных способов сварки. Автоматическая электросварка под слоем флюса применяется в тех случаях, когда необходимо накладывать сварные швы большой протяженности в нижнем положении. Данный вид сварки обеспечивает высокое качество сварного шва, производительность труда по сравнению с ручной электросваркой увеличивается в 5—8 раз.

Сваркой в среде углекислого газа пользуются при изготовлении конструкций из углеродистых и легированных сталей. В монтажных условиях применяют полуавтоматическую сварку порошковой проволокой.

Существует четыре вида сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, внахлестку (табл. 2). Стыковые соединения разделяют на прямые, расположенные под углом 90° к оси соединяемого элемента, и косые, расположенные под углом менее 90°. При сварке встык, в зависимости от толщины свариваемых деталей, кромки соединяемых элементов обрабатывают согласно ГОСТ 8713—70 для автоматической и полуавтоматической сварки и согласно ГОСТ 5264—69 для ручной сварки.





Для обеспечения хорошего провара кромки под сварку подготавливают на кромкострогальных и торцестрогальных станках, а также с помощью кислородной резки. Обрабатываемую кромку притупляют для предотвращения прожога металла. Лучший провар кромок обеспечивается зазором между соединяемыми листами.

Угловые швы разделяют на фланговые, расположенные параллельно действующему усилию, и лобовые, расположенные перпендикулярно действующему усилию. Кроме того, различают угловые швы сплошные и прерывистые (шпоночные).

В зависимости от положения швов в момент сварки различают швы нижние, потолочные, горизонтальные и вертикальные (рис. 20). Наиболее хорошее качество сварных швов достигается при сварке в нижнем положении. Сварка в потолочном положении наиболее трудоемка, поэтому ее применение нежелательно.

При соединении металлических конструкций большое значение имеет правильный выбор типа электродов. Для защиты свариваемого металла от вредного воздействия воздуха электроды покрывают обмазками. Обмазки бывают тонкие (стабилизирующие) и толстые (качественные). Электроды хранят в сухом проветриваемом помещении. Отсыревшие электроды перед сваркой прокаливают в сушильных шкафах.

Технологические металлоконструкции кроме сварки соединяют на заклепках или болтах, особенно в конструкциях, воспринимающих динамические нагрузки. Существуют различные виды заклепок, болтов и заклепочных соединений (рис. 21). Вместо заклепок могут применяться болты. Стык внахлестку работает с эксцентриситетом. Соединение прокатных профилей может производиться как уголковыми, так и листовыми накладками. При стыках с листовыми накладками последние на внутренних сторонах полок выполняются из обрезков полок аналогичных профилей, при этом обе плоскости становятся параллельными.

Номинальные диаметры заклепок и болтов грубой и нормальной точности, а также высокопрочных и соответствующие им номинальные диаметры отверстий приведены в табл. 3.

Наиболее экономичные соединения — стыки на высокопрочных болтах. В отличие от заклепок и болтов высокопрочные болты передают усилия не на срез и смятие, а за счет сил трения, создаваемых между стягиваемыми плоскостями.

Высокопрочные болты и гайки, изготовляемые из высокопрочных легированных сталей, после изготовления подвергают термической Обработке, которая повышает предел прочности стали. Для увеличения площади давления на соединяемые элементы и для предохранения соединяемых элементов от задира под головку и гайку болта подкладывают шайбы. Шайбы, так же как и высокопрочные болты, изготовляют из высокопрочной стали с термообработкой.

В соединениях на высокопрочных болтах поверхности соединяемых элементов в пределах узлов и соединений перед сборкой подвергают огневой очистке (кислородно-ацетиленовой, кислородно-пропанбутановой) или пневматической (песком, металлическим порошком с зерном размером не более 1 мм). Обработка поверхности при помощи кислородно-ацетиленового пламени производится с 30%-ным избытком кислорода. Огневая обработка допускается при толщине металла не менее 5 мм. Перегрев металла при огневой обработке не допускается.

После огневой очистки удаляют окалину и продукты загрязнения мягкими проволочными щетками с последующей протиркой поверхности чистой сухой ветошью. Соединяемые поверхности элементов очищают от пыли, ржавчины и жировых загрязнений.

Высокопрочные болты натягивают динамометрическим ключом или гайковертом, развивающими крутящий момент Мкр, обеспечивающий в болте проектное усилие

где К — коэффициент закручивания, устанавливаемый стандартами или техническими условиями на болты; Р — заданное усилие натяжения болта; d — номинальный диаметр болта.

Отклонение фактического натяжения болта от проектного не должно превышать +20%.

Для заворачивания высокопрочных болтов применяют простейший ручной ключ (рис. 22) с индикатором часового типа, который показывает отсчеты, вызванные деформацией рукоятки. В середине ключа сделан вырез, в котором находится упор (язык). Этот упор при работе ключа не деформируется. Деформации подвергается рукоятка ключа, которая при приложении к ней определенной силы в месте опоры языка изгибается. Стержень индикатора часового типа жестко закреплен на рукоятке и касается перемещающимся стержнем упора. Длина рукоятки ключа 1200 мм.

Расчетное усилие Nб, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где Р — осевое усилие натяжения болта; f — коэффициент трения (табл. 4); m — коэффициент условий работы болтового соединения, равный 0,9.

Осевое усилие натяжения высокопрочных болтов Р, принимаемое в зависимости от механических свойств болтов после их термической обработки равным 0,65% разрушающей нагрузки при разрыве болта, определяется по формуле

где 0в — временное сопротивление разрыву стала высокопрочных болтов после термической обработки в готовом изделии; Fнт — площадь сечения болта, определяемая аналогично площади сечения болтовых и заклепочных соединений.

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ. — презентация

Презентация была опубликована 6 лет назад пользователемЕлизавета Нелидова

Похожие презентации

Презентация на тему: » БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ.» — Транскрипт:

1 БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

2 1 Общие соображения В строительстве применяются: Обычные болты с гайкой и шайбой; Фундаментные (анкерные) болты; Самонарезающие болты. Болтовые соединения, в отличие от сварных, имеют более простую технологию выполнения и поэтому широко применяются при монтаже. Монтажные болты устанавливаются примерно в 2 раза быстрее, чем производится сварка. Болтовое соединение является разъёмным. Однако болтовые соединения по сравнению со сварными являются более металлоёмкими и весьма деформативными. Последний недостаток устраняется применением фрикционных соединений на высокопрочных болтах.

3 2 Условные обозначения Постоянные болты в заводских и монтажных соединениях Временные болты в монтажных соединениях Высокопрочные болты Условные обозначения

4 3 Классы точности болтов В зависимости от требований к точности диаметра болтов различают три класса точности (А, B, C): Класс точности болтов Характеристика Допуск на отклонение диаметра болта от номинального АБолты повышенной точности– 0,3 мм ВБолты нормальной точности 0,52 мм СБолты грубой точности 1,0 мм в соединениях на болтах классов точности В и С диаметр отверстия превышает диаметр болта на 2…3 мм (в отдельных случаях – на 3…5 мм), что позволяет просверливать отверстия в каждой детали в отдельности – это «чёрные» болты; в соединениях на болтах класса точности А диаметр отверстия не должен превышать диаметр болта более чем на 0,3 мм (такие отверстия получают, например, сверлением их на проектный диаметр в собранных элементах) – это «чистые» болты; раньше они использовались в особо ответственных соединениях, а сейчас из-за трудоёмкости установки их применяют редко (более эффективными являются высокопрочные болты). В зависимости от требований к точности диаметра отверстий различают «чистые» и «чёрные» болты:

Читайте также  Что лучше композитная арматура или металлическая?

5 4 Классы прочности болтов Наиболее широко применяют болты классов прочности 5.8 и 5.6 диаметром 16, 20, 24 мм. Характеристика Болты обычной прочности Высокопрочные болты Применяемая сталь малоуглеродистая низколегированная Классы прочности болтов 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; ; 12.9 первое число, умноженное на 100, равно временному сопротивлению, МПа; произведение чисел, умноженное на 10, равно пределу текучести, МПа. 5.8 В зависимости от прочностных характеристик болты делят на классы прочности: (классы прочности записываются через точку)

6 5 Виды болтовых соединений Наиболее широкое распространение получили следующие виды болтовых соединений: Срезные соединения — воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления болтов срезу и соединяемых элементов смятию, вследствие чего обладают повышенной деформативностью. Фрикционные соединения (сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах) — воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления сил трения, возникающих по контактным плоскостям соединяемых элементов от предварительного натяжения болтов. Усилия натяжения контролируют, а соединяемые поверхности подвергают обработке. Фрикционно-срезные соединения (комбинированные). Фланцевые соединения — воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления болтов растяжению; здесь несущая способность болтов используется наиболее полно.

7 6 Работа болтового соединения на срез и смятие Смятие поверхности отверстия Срез болта Двухсрезное соединение Односрезное соединение

8 7 Расчёт болтового соединения на срез и смятие Расчётное усилие, воспринимаемое одним болтом при его работе на срез: Расчётное усилие, воспринимаемое одним болтом при работе поверхности отверстия на смятие: R bs – расчётное сопротивление болта срезу (по табл. 58* СНиП); b – коэффициент условий работы болтового соединения (по табл. 35* СНиП); неравномерность работы много болтового соединения учитывается коэффициентом b = 0,9; A b – площадь сечения болта (по табл. 62* СНиП); n s – расчётное число срезов болта. R bp – расчётное сопротивление смятию соединяемых элементов (по табл. 59* СНиП); d b – диаметр болта; t min – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении. Необходимое число болтов в соединении : где

9 8 Расчёт болтового соединения на растяжение Расчётное усилие, воспринимаемое одним болтом при его работе на растяжение: R bt – расчётное сопротивление болта растяжению (по табл. 58* СНиП); A bn – площадь сечения нетто болта (по табл. 62* СНиП). Фланец

10 9 Расчёт фрикционного соединения на высокопрочных болтах Расчётное усилие, воспринимаемое одной поверхностью трения соединяемых элементов: R bh – расчётное сопротивление высокопрочного болта растяжению; R bh = 0,7 R bun (R bun – наименьшее временное сопротивление разрыву, определяется по табл. 61* СНиП); b – коэффициент условий работы болтового соединения, зависящий от количества болтов (п * СНиП); A bn – площадь сечения нетто болта (по табл. 62* СНиП); — коэффициент трения, зависящий от качества обработки поверхностей (по табл. 36* СНиП); h – коэффициент надёжности, зависящий от вида нагрузки (статическая или динамическая), разности номинальных диаметров отверстий и болтов (1…6 мм), способа регулирования натяжения. Необходимое число болтов в соединении : Контролируемое усилие натяжения болта : n f – количество поверхностей трения соединяемых элементов.

11 10 Конструктивные требования к размещению болтов Минимальные расстояния между центрами отверстий болтов назначаются из условия прочности материала соединяемых элементов. Максимальные расстояния между центрами отверстий болтов назначаются — при сжатии – из условия устойчивости соединяемых элементов на участке между болтами; — при растяжении – из условия обеспечения плотного соединения элементов во избежание попадания в зазоры влаги и пыли, способствующих коррозии. t min s2s2 s2s2 s1s1 dbdb s 1 2,5 d b s 1 8 d b s 1 12 t min s 2 2 d b s 2 4 d b s 2 8 t min Размещение болтов осуществляется в соответствии с конструктивными требованиями (табл. 39 СНиП).

12 11 Конструктивные требования к размещению болтов Болты размещают в рядовом или шахматном порядке. Линии, проходящие по центрам болтов, называют рисками. Расстояния между рисками вдоль усилия называют шагом, а поперёк – дорожкой. Шаг Дорожка Риски Дорожка Шаг Риски Рядовое размещение Шахматное размещение

8.Сварные соединения элементов металлических конструкций. Стыковые сварные соединения. Соединения с угловыми швами и их расчет

Наиболее распространенными видами соединений металлических строительных конструкций являются сварные. В настоящее время более 95% стальных конструкций выполняется с соединениями на сварке при

изготовлении и более 60% на монтаже. Сварка упрощает конструктивную форму соединения, дает экономию металла, позволяет применять высокопроизводительные механизированные способы, что

значительно уменьшает трудоемкость изготовления конструкций.Кроме сварных соединений, в металлических конструкциях применяются болтовые.

Сварка представляет собой процесс молекулярного соединения свариваемых металлов путем местного нагрева их до жидкого состояния (сварка плавлением) или вязкого (сварка давлением).

В современном строительстве для соединения элементов получила распространение главным образом электродуговая сварка. Ограниченное применение находят контактная сварка, газовая, сварка трением, холодная,ультразвуковая.

Электродуговая сварка основана на явлении возникновения дуги между металлическим стержнем (электродом) и свариваемыми деталями

Способы сварки металлических конструкций :

Расчет и конструирование сварных соединений.Стыковые соединения

Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие производится по формулеN / (t lw ) ≤ Rwy γс, где N – внешнее усилие, приложенное к соединению; t – расчетная толщина шва, равная толщине наиболее тонкого из соединяемых элементов, если невозможно обеспечить полный провар по толщине свариваемых элементов путем подварки корня шва, в формуле вместо t следует принимать 0,7t; lw – расчетная длина шва, равная полной ширине соединяемых элементов за вычетом 2t, учитывающих низкое качество шва в зонах зажигания (непровар) и прерывания (кратер) Rwy – расчетное сопротивление сварного стыкового соединения равно р сварочной дуги. Расчетному сопротивлению основного металла Ry при сжатии, а также при растяжении, если применяются физические методы контроля качества сварных швов Если физические методы контроля качества шва, работающего на растяжение, не используются, то следует принимать Rwy = 0,85 Ry

Соединения с угловыми швами

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил рассчитываются на условный срез по двум

сечениям (рис. 10.28): – по металлу шва (сечение 1-1):

N / (βf kf lw) ≤ Rwf γwf γc; – по металлу границы сплавления (сечение 2-

2):N / (βz kf lw) ≤ Rwz γwz γc.

Расчетные сопротивления сварных соединений Rwf – при расчете по металлу шва и Rwz – при расчете по металлу границы сплавления. Коэффициенты условий работы шва и , равные 1,0 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах Ι1, Ι2, ΙΙ2 и ΙΙ3, для которых γwf =0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением Rwun = 410 МПа и γwz = 0,85 –

для всех сталей.βf и βz – коэффициенты, учитывающие глубину проплавления шва и границы

9. Болтовые соединения. Работа и расчёт болтовых соединений на обычных болтах. Соединения на высокопрочных болтах

Работа на сдвиг является основным ви­дом работы большинства соединений, при­чем в разных соединениях она имеет свои особенности.

В соединениях на болтах, силы стя­гивания болтами, а следовательно, и развивающиеся силы трения между сое­диняемыми элементами при действии сдви­гающих сил недостаточны для полного восприятия этих сдвигающих сил.

Работу такого соединения можно разбить на четыре этапа. На 1-м этапе, пока силы трения между сое­диняемыми элементами не преодолены, сами болты не испытывают сдви­гающих усилий и работают только на растяжение, все соединение работает упруго. При увеличении внешней сдвигающей силы силы внутреннего трения оказываются преодоленными и наступает 2-й этап -сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отвер­стия и стержнем болта. На 3-м этапе сдвигающее усилие в основном передается давлением поверхности отверстия на стержень болта; стер­жень болта и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается, так как головка и гайка препятствуют свободному изги­бу стержня. Постепенно плотность соединения расстраивается, силы тре­ния уменьшаются и соединение переходит в 4-й этап работы, характери­зующийся его упругопластической работой. Разрушение соединения про­исходит от среза болта, смятия и выкола одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта.

Читайте также  Крепление для металлической мойки

Расчет прочности болтовых соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между болтами по формулам:

;

на смятие болтов

;

на растяжение болтов

,

где N – расчетное значение продольной силы, действующей на соединение;

n – число болтов в соединении;

ns – число расчетных срезов одного болта;

γb – коэффициент условий работы болтового соединения;

— расчетная площадь сечения стержня болта;

Rs, Кр, Rt – расчетные сопротивления на срез, смятие и растяжение болтов;

d – наружный диаметр стержня болта;

— наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.

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

из условия прочности на срез

;

из условия прочности на смятие

:

из двух полученных значений n принимают наибольшее.

Монтажные соединения на высокопрочных стальных болтах следует рассчитывать в предположении передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через трение. При этом распределение продольной силы между болтами следует принимать равномерным.

8.10. Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле

Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно СНиП II-23-81;

— коэффициент условий работы соединения, принимаемый равным 0,8;

Abn — площадь сечения болта нетто, определяемая согласно СНиП II-23-81;

— коэффициент трения, принимаемый по табл. 40;

— коэффициент надежности, принимаемый по СНиП II-23-81.

Болтовые соединения

Различают несколько видов болтовых соединений. По числу поставленных болтов они подразделяются на олноболтовыс и многобол говыс, а по характеру передачи усилия в соединении от одного элемента к другому — на неелви- гоустойчивыс и един гоустойч иные (фрикционные). В неелвш оустоичивых соединениях сила затяжки гайкой не контролируется и считается, что усилие не передается через трение поверхностей соединяемых элементов. В соединениях же слвигоустойчивых сдвига­ющие силы передаются треним между соединяемыми элементами и учитываются при проектировании соединений. В соединениеях без контролируемого нагяжения могут ис­пользоваться болты различных классов прочности, в том числе и высокопрочные. В рас­четах таких соединений учитываются сопротивления растяжению, смятию и срезу без учета сил трения.

Болтовые соединения на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением могут быть как фрикционными, так и фрнкцнонно-срезными (часть усилия перелается через трение поверхностей соединяемых элементов, а часть — через смятие, как при некон­тролируемом натяжении) 1 .

Результаты исследований показывают, что наиболее экономичным является фрик- ционно-срезное соединение. Однако в практике строительства, такие соединения при­меняются весьма редко, во-первых, из-за сложности точного учета распределения уси­лия между частью, передаваемой путем трения, и частью, передаваемой при работе на смятие соединяемых элементов, и. во-вторых, из-за возможной неупругой деформа­ции соединения, недопустимой для большинства сооружений, особенно статически неопределимых.

Типы болтовых соединений

Различают две конструктивные разновидности соединений — стыки и прикрепления элементов друг к другу.

Разбираемся какое соединение лучше: сварное или болтовое

Необходимость делать подобный выбор сегодня обусловлена тем, что практически все современные металлоконструкции собираются по частям. Сегодня не меньше 95% металлических конструкций делаются именно сборными. Чем обоснован такой подход?

  • Во-первых, сборные металлоконструкции позволяют быстро заменить деталь, вышедшую из строя.
  • Во-вторых, на изготовление сборной конструкции требуется гораздо меньше металла, чем на изготовление цельной. Таким образом, вся конструкция получается намного дешевле.
  • В-третьих, сборные металлические конструкции гораздо проще транспортировать, так их можно разобрать и тем самым сократить размеры. Выгодная логистика – очень важный фактор в производстве.

В связи с этим возникает вопрос: какой из существующих типов соединения конструкций использовать лучше всего? В полной мере об этом можно судить, только имея представление о каком-то конкретном строительном случае. Однако, в любом случае есть некоторые особенности двух методов, справедливые для любой ситуации. Основываясь на них, мы дадим вам несколько советов.

Наиболее популярные сегодня техники соединения металлоконструкций – это сварная и болтовая. Есть также клёпка и пайка, но они используются далеко не так часто.

Сварное соединение

Неоспоримое преимущество сварного метода соединения – это герметичность шва, которая предохраняет конструкцию от попадания влаги между деталями. Сварка хороша тем, что, имея соответствующие навыки, вы можете прикрепить к основной конструкции детали совершенно любой формы и в самых разных положениях. Болтовое соединение такой вариативности не обеспечит, так как у него есть свои пространственные ограничения. И, наконец, сварное соединение – достаточно дешевый процесс.

Что касается недостатков сварки, здесь нужно сказать о том, что от сильного локального нагрева увеличивается подверженность коррозии, и металл может повести. Кроме того, сварочное соединение невозможно без наличия определенного инструментария: тут и сварочный аппарат, и кабели, и щиток, и надежный источник тока. И, что самое главное – соответствующий высокоразвитый навык.

Болтовое соединение

В чем состоит преимущество болтового соединения перед сварным? Прежде всего, это возможность разобрать конструкцию. Это особенно важно, когда мы говорим о соединении элементов водопровода или других конструкций, элементы в которых требуется регулярно заменять. Ведь для того, чтобы проникнуть в конструкцию, она должна легко разбираться – но при этом все же быть очень прочной. Болты это обеспечивают.

К недостаткам болтового соединения можно причислить геометрическую ограниченность. Соединяемые элементы должны идеально совпадать поверхностями, все углы должны быть ровными – иначе прочность крепежных отверстий обеспечить невозможно.

Что надежнее?

На самом деле, если все условия соблюдаются на сто процентов – сварка делается профессионально, а болты скрепляют геометрически правильные элементы – то прочность двух соединений получается почти равной. Особенно, если конструкция делается для исключительно бытовых целей и не будет в будущем подвержена особо сильным нагрузкам.

Выводы

В конце концов, выбор метода соединения вы все равно сделаете, исходя из целей металлоконструкции. Собираете конструкцию сложных форм из различного проката? Выбираем сварное соединение. Если хотите иметь возможность разобрать конструкцию, тогда болтовое соединение – идеальный вариант.

Статья носит ознакомительный характер.
Не забывайте консультироваться со специалистами.