Работа болтового соединения

28 декабря 2011

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
http://www.volat-spb.ru/krepezh/bolty/