ВОПРОС 1. Вопрос номенклатура и область применения металлических конструкций. Основные особенности металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций.

• Название: Вопрос номенклатура и область применения металлических конструкций. Основные особенности металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций.
• Анкор: ВОПРОС 1.docx
• Дата: 04.12.2017
• Размер: 1.77 Mb.
• Имя файла: ВОПРОС 1.docx
• Тип: Документы; #10663
• страница: 12 из 17

Болтовые соединения

В соединениях металлических конструкций применяют болты грубой и нормальной точности, повышенной точности, высокопрочные и анкерные.

Болты грубой, нормальной точности

Эти болты ставят и отверстия на 3 мм больше, чем диаметр болта, благодаря чему он легко устанавливается даже при небольшом несовпадении центров отверстий. Этим определяется преимущественное применение болтов грубой и нормальной точности в монтажных фиксирующих соединениях при работе на растяжения. При взаимном сдвиге соединяемых элементов эти болты дают довольно деформативное соединение, так как диаметр отверстий существенно больше диаметра болтов, поэтому их иногда называют черными.

Болты повышенной точности

Диаметр отверстий для этих болтов принимается равным их диаметру (без плюсовых допусков для болта и минусовых допусков для отверстия не допускается). Поверхность ненарезной части болта и поверхность отверстия должна быть гладкой. Болты в таких отверстиях «сидят» плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы; однако недостаточно сил, стягивающих пакет, ухудшает его работу по сравнению с соединениями на высокопрочных болтах или на заклепках.

Болты повышенной точности обеспечивают плотное малодеформативное соединение – их называют чистыми болтами. Сложность изготовления и постановки болтов повышенной точности привела к тому, что соединения на таких болтах применяется редко.

Высокопрочные болты

Изготовляются из углеродистой стали 35 или из легированных сталей 40Х , 40ХФА и 38ХС и термически обрабатывают уже в готовом виде. Высокопрочные болты, как и болты нормальной точности, устанавливают в отверстия диаметром на 3 мм большие, чем их диаметр, но их гайки затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать и контролировать большую силу натяжения болтов. Такая сила натяжения болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединенными элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.

Таким образам высокопрочный болт, работает на осевое растяжение, обеспечивается передачу сил сдвига трением между соединенными элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционными.Для увеличения силы трения поверхностей элементов в месте стыка очищает от грязи, масла, ржавчины, и окалины.

Анкерные болты

Применяют для крепления баз (башмаков) колонн и стоек к фундаментам.

Заклепочные соединения

Применяются с начала позапрошлого столетия; они надежно работают при статической и динамической нагрузках. Однако перерасход металла в соединениях и их большая трудоемкость по сравнению со сваркой ограничили область применения.




1 – замыкающая головка; 2 – закладная головка



1) – с полукруглой головкой; 2) – с потайной головкой; 3) – с полупотайной
Заклепки в стальных конструкциях различаются по форме закладной и замыкающей головок. Замыкающая головка образуется деформированием выступающей части стержня заклепки. Клепка может выполняться горячим и холодным способом.

При горячем способе замыкающая головка образуется в нагретом до температуры примерно 800-1000°С, стержне с помощью пневматического молотка.

При холодной клепке замыкающая головка образуется в ненагретом стержне при помощи мощных клепальных скоб. Сила, стягивающая пакет, при холодной клепке в 2-3 раза меньше, чем при горячей, так как пакет сжимается только усилием клепальной скобы; в процессе горячей клепки заклепка при остывании укорачивает и плотно стягивает пакет (растягивающие напряжения в заклепки достигают 10-15 кН/см.

В конструкциях из алюминиевых сплавов также применяют болты нормальной и повышенной точности. Их изготовляют из алюминиевых сплавов; форма и размеры их такие же, как и у стальных.

Высокопрочные болты для конструкций из алюминиевых сплавов изготовляют из стали. При постановке высокопрочных стальных болтов недопустим непосредственный контакт стали и алюминиевых сплавов, так как в местах соприкосновения возникает интенсивная электрохимическая корразия. В этих случаях шайбы высокопрочных болтов должны быть кадмированы или оцинкованы, а часть стержня болта, находящаяся в соединяемом пакете, обмотана изоляционной лентой (или кадмирован, или оцинкован весь болт).

ВОПРОС 28. Расчет болтовых соединений без контролируемого натяжения болтов.




а) – деформация стержня болта, заклепки;
б) – срез стержня болта, заклепки;
в) – смятие соединяемого элемента.
Внешние усилия в болтовом или заклепочном соединении стремятся сдвинуть соединяемые элементы один относительно другого (а).

Расчет болтов и заклепок на срез.

где – расчетное усилие, действующее в соединении;

п – число болтов или заклепок в соединении;

– число рабочих срезов одного болта или заклепки;

d – наружный диаметр болта в болтовом соединении или диаметр отверстия в заклепочном соединении;

- коэффициент условий работы соединения.

Расчет болтового и заклепочного соединения на смятие.

где – расчетная площадь смятия, условно принимаемая как произведение диаметра болта (или диаметра отверстия под заклепку) dна наименьшую суммарную толщину листов, сминаемых в одном направлении;

п – число болтов или заклепок в соединении.

Практически при расчете болтовых или заклепочных соединений удобно поступать следующим образом.

Определяют предельные расчетные усилия, которые может воспринять один болт или заклепка из условий среза (1) и (2)смятия:

1) ;

2) .

Тогда необходимое количество болтов или заклепок для восприятия расчетной силы N в соединении:

.

Для облегчения расчетов предельные расчетные усилия на один болт или заклепку вычисляют заранее и приводят в справочниках по металлическим конструкциям.

Расчет болтов и заклепок на растяжение

Проверка заключается в том, что растягивающие напряжения от внешней нагрузки в болтах или заклепках не должны превышать расчетного сопротивления их материала растяжению

,

или необходимое число болтов в соединении



где – диаметр отверстия под заклепку.

Расчет высокопрочных болтов.

Передача усилий в соединении на высокопрочных болтах происходит в результате сил трения, возникающих по соприкасающимся плоскостям. Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:



где –расчётное сопротивление металла болта;

– коэффициент надежности;

– коэффициент трения, зависящий от способа очистки поверхностей;

– коэффициент условий работы соединения;

– площадь сечения нетто болта.

Осевое усилие натяжения болта P зависит от механических свойств его материала после термической обработки; при закручивании гайки его доводят до 70 % предела прочности материала болта.



Необходимое количество высокопрочных болтов в соединении с расчетным усилием N



где k – количество поверхностей трения соединенных элементов.

ВОПРО 29. Расчет фрикционных соединений на высокопрочных болтах.

Фрикционные соединения на высокопрочных болтах.

Фрикционное соединение на высокопрочных болтах — это соединение с контролируемым натяжением болтов.

Силы трения, возникающие в соединении в соприкасающихся поверхностях от натяжения болтов и воспринимающие сдвигающие силы, определяются в зависимости от прочности стержня болта и характера обработки соприкасающихся поверхностей. Решающее значение в работе такого соединения имеет сила натяжения болта. Считают, что эта сила равна расчетному усилию высокопрочного болта на растяжение:



Р – осевое усилие натяжения; R_bh– расчетное сопротивление растяжению материала высокопрочного болта; А_bn– площадь поперечного сечения болта нетто.

Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом (одним болтоконтактом), определяют по формуле:



γ_b– к-т ус-я работы болтового соед-я; μ – к-т трения; γ_h– к-т надежности.

При действии продольной силы N число высокопрочных болтов в соединении nопределяют по формуле:



k– число плоскостей трения.

ВОПРОС 30. Конструирование болтовых соединений.
При конструировании соединения следует стремиться к наилучшей передаче усилия с одного элемента на другой кратчайшим путем при одновременном обеспечении удобства выполнения соединения.

В стыках и узлах прикрепленной (для экономии материала накладок) расстояние между болтами и заклепками должно быть минимальным.

В слабо работающих – связующих, конструктивных соединениях расстояние должно быть максимальным, чтобы уменьшить количество болтов и заклепок. Болты и заклепки располагают в соединении по прямым линиям – рискам, параллельным действующему усилию.




а) – рядовое размещение отверстий




б) – шахматное размещение отверстий

Расстояние между смежными рисками называется дорожкой, а расстояние между двумя смежными по риске болтами или заклепками – шагом.

Расстояние между центрами болтов и заклепок приведено в справочной и нормативной литературе. Минимальное расстояние определяют условиями прочности основного материала. Максимальное расстояние определяют устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами и заклепками или условием плотности соединения растянутых элементов во избежания попадания в щели влаги и пыли, способствующих коррозии элемента. При конструировании болтовых и заклепочных соединений следует стремиться к симметричной передачи усилий в соединение.

При применении односторонних накладок или соединений в нахлестку силовой поток в соединениях перестает быть симметричным, искривляется и в соединении возникает дополнительный момент, поэтому расчетное число заклепок в таких соединениях следует увеличить на 10%.

Также ухудшается работа соединения, если усилие, с одного элемента на другой передается не непосредственно, а через прокладки или дополнительные коротыши. В этом случае общее количество заклепок на коротышах увеличивают на 50% по сравнению с расчетом.

Если конструкция подвержена воздействию подвижных или вибрационных нагрузок, то в ее болтовых соединениях предусматривают меры против откручивания гаек: постановка контргаек, расчеканка резьбы болта либо приварка гайки к стержню болта.

В рабочих элементах конструкций число болтов и заклепок, прикрепляющих элемент в узле или расположенных по одну сторону стыка, желательно иметь не меньше двух независимо от действующего усилия.

При конструировании болтовых и заклепочных соединений следует стремиться к применению одного диаметра заклепок в пределах каждого конструктивного элемента и к наименьшему числу различных диаметров болтов и заклепок для всех элементов сооружения.



ВОПРОС 31. Балки и балочные конструкции. Типы балок и балочных клеток.