Работа болтового соединения

При работе черных болтов на срез соединение вследствие наличия зазоров имеет большую деформативность. По исследованиям Г. А. Шапиро, сдвиги заклепок при напряжениях около предела текучести составляют в среднем 0,24 мм, а сдвиги черных болтов при зазорах от 1 до 4 мм — соответственно от 2,65 до 3 мм (т. е. примерно в 10 раз больше).

В то же время статическая прочность болтового соединения только примерно на 10% меньше, чем заклепочного, что объясняется выравниванием усилий в отдельных болтах при работе их за пределом текучести. Вибрационная прочность болтового соединения значительно ниже, чем заклепочного.

Поэтому черные болты при работе их на срез целесообразно применять только при статической нагрузке и только там, где требуется в основном обеспечить прочность и где не имеет существенного значения деформативность соединения.

Эффективным способом уменьшения деформативности болтового соединения является переход на чистые болты, плотно заполняющие отверстие. Однако такой переход допустим лишь в редких случаях вследствие дороговизны изготовления чистых болтов.

Более рационально применение болтов при использовании их в работе на растяжение. В этом случае для надежной работы болта необходима хорошая затяжка, так как внешняя растягивающая сила сначала должна преодолеть начальное натяжение. С точки зрения деформативности работа болтов на растяжение не очень благоприятна.

Особенно это относится к черным болтам, где трудно осуществить полную затяжку. Для уменьшения деформативности соединения либо не доводят напряжение в болтах до расчетного сопротивления, либо надежно закрепляют затянутые гайки.

Надежно закрепить гайку можно приваркой ее к болту.
Расчеканка резьбы или прихватка гайки сваркой закрепляет гайку от раскручивания, но не уменьшает деформативности соединения.

Вибрационная прочность соединений на черных болтах, работающих на растяжение, также значительно ниже (почти на 50%), чем заклепочных; поэтому их применение при вибрационной нагрузке мало рационально.

Зазор между болтом и отверстием в случае работы болтов на растяжение играет меньшую роль и для черных болтов может достигать 3 — 4 мм.

при проверке болтов на срез по формуле

Формула (2.V)

при проверке болтов на смятие по формуле

Формула (4.V)

а при проверке на растяжение (учитывая площадь сечения болта нетто) по формуле

 

Формула (8.V)

Здесь

N — расчетная сила, действующая в соединении;

d — диаметр ненарезанной части болта;

d0 — внутренний диаметр нарезки стержня;

Rб — расчетные сопротивления болтов срезу, смятию и растяжению, принимаемые по таблице Расчетные сопротивления для болтовых соединений в кг см2.

Размещение болтов в соединении производится по правилам размещения заклепок в соответствии с таблицей Размещение заклепок и болтов (за исключением минимального расстояния между болтами, которое для всех случаев установлено равным 3,5 d). Кроме того, необходимо учитывать возможность завинчивания гаек стандартными ключами1.

При назначении диаметра болтов и диаметра отверстий для них необходимо учитывать, что стандартные отверстия имеют градацию через 3 мм, а болты — через 2 мм. Кроме того, до сих пор на монтаже иногда применяют болты дюймового сортамента и с дюймовой нарезкой, изготовляемые старым, еще не вышедшим из строя оборудованием (в новых проектах дюймовый сортамент применяться не должен). Поэтому в таблице Рекомендуемые размеры отверстий для черных болтов приводятся рекомендуемые размеры отверстий для соответствующих черных болтов как метрического, так и дюймового сортамента (при работе болтов на срез).

Условные обозначения болтов приведены в таблице.

Таблица Условные обозначения для болтов и отверстий.

Пример 3. Требуется рассчитать, прикрепление верхнего пояса стропильной фермы к колонне на черных болтах. Растягивающее расчетное усилие в поясе N = 10 г; материал конструкций Ст. 3. Болты из стали марки Сх. 3; m = 1; мс = 0,8.


Прикрепление верхнего пояса стропильной фермы

Прикрепление верхнего пояса стропильной фермы

Прикрепление верхнего пояса стропильной фермы к колонне на черных болтах.


Решение. Принимаем болты диаметром d = 18 мм с Fнт = 1,71 см2. Число болтов, необходимое для прикрепления пояса, определяем по формуле (8.V)

 

Формула

Принимаем 4 болта d = 18 мм. Диаметр отверстий назначаем 20 мм.

1 Перечисление стандартных инструментов дано в «Справочнике монтажника стальных конструкций», Госстройиэдат, 1948.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов