Расчет болтовых и заклепочных соединений.
В болтовых соединениях при действии продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами принимают равномерным. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, определяется по формулам:
- срез
,
- смятие
,
- растяжение
,
где
Rbs ,Rbр ,Rbt – расчетные сопротивления болтовых соединений.
γв – коэффициент условий работы соединения: γв = 0,75 - 1,
А
– расчетная площадь сечения стержня
болта:
,
Ns – число расчетных срезов одного болта,
d – наружный диаметр стержня болта,
∑t – наименьшая суммарная толщина элементов снимаемых в 1 направлении,
Аbn – площадь сечения болта нетто,
Количество болтов при действии продольной силы определяется по формуле:
;
Nb min – наименьшее из значений расчетного усилия для одного болта при работе на растяжении, срез и смятие.
Для заклепок, формулы такие же.
Расчёт соединений на высокопрочных болтах.
Передача усилий в соединениях на высокопрочных болтах происходит за счет сил трения, возникающих по соприкасающимся плоскостям. Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов стянутых одним высокопрочным болтом, определяется:
,
Rbh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта.
γв – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов, необходимых для восприятия усилий;
при
,
при
,
при
,
Abn – площадь сечения болта нетто,
μ – коэффициент трения (табл. 36 СНиП металлические конструкции): μ= 0,25-0,58,
γn – коэффициент надежности (табл. 36).
Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы определяется:
,
k – количество поверхностей трения соединяемых элементов.
γс – коэффициент условий работы.
Натяжение высокопрочного болта следует производить осевым усилием:
Конструирование болтовых и заклепочных соединений.
Размещение болтов и заклепок в соединении должно производиться с учетом возможности их постановки и работы металла между болтами или заклепками. При постановке болтов в стесненных условиях необходимо обеспечить габариты для работы гаечным ключом. По условиям производства болты и заклепки должны иметь простое расположении на прямых линиях – рисках, расположенных параллельно или перпендикулярно оси элемента. Прокатные профили имеют нормированное расположение рисок. При двух или более рисках размещение болтов и заклепок может быть в рядовом или шахматном порядке. Расстояние между центрами болтов и заклепок по риске называется шагом.
Минимальное расстояние между болтами и заклепками определяется возможностью их постановки и условием прочности основного металла.
Maксимальное расстояние определяется условиями устойчивости соединенных элементов в промежутке между болтами или заклепками при сжатии и плотностью соединения при растяжении. В рабочих болтовых и заклепочных соединениях следует назначать минимальный шаг, чтобы не расходовать лишнего металла на фасонки и накладки. В нерабочих соединениях (связующих, конструктивных) назначают максимальный шаг, чтобы уменьшить количество сверления отверстий, а так же болтов или заклепок.
При конструировании болтовых и заклепочных соединений следует стремиться к симметричной передаче усилий в соединении. При этом ухудшается работа болтов, заклепок и основного металла.
При применении односторонних накладок или соединений в нахлестку силовой поток перестает быть симметричным, возникает момент. Поэтому число заклепок увеличивают на 10% против расчета.
Ухудшается работа основного металла, если усилие с одного элемента на другой передается не непосредственно, а через прокладки или дополнительный коротыши. В этом случае общее число заклепок на коротышах должно быть увеличено на 50% против расчетного.
Если конструкция подвержена воздействию подвижных или вибрационных нагрузок, то в её болтовом соединении должны быть предусмотрены меры против откручивания гаек: постановка контргаек, расчеканки резьбы болта, приварка гайки к стержню болта. В рабочих элементах число болтов и заклепок не должно быть менее двух независимо от действия усилия. В клепаных соединениях толщина соединяемых элементов не должна превышать пяти диаметров заклепки для стальных конструкций и четырех диаметров - для алюминиевых. В стальных конструкциях при толщине пакета более пяти диаметров, но менее семи диаметров заклепки ставятся специальные с повышенной головкой и коническим стержнем. При еще большей толщине необходимо увеличивать диаметр заклепки или переходить на болты повышенной точности. При конструировании болтов и заклепочных соединений следует стремиться к применению одного диаметра заклепок в пределах каждого конструктивного элемента и к наименьшему количеству диаметра болтов и заклепок для всех элементов.