Мк - глава 6

Робота на зрушення є основним видом роботи більшості з'єднань, причому в різних з'єднаннях вона має свої особливості.

У з'єднаннях на болтах з неконтрольованою силою затяжки гайки грубої, нормальної і підвищеної точності, сили стягування пакета болтами, а отже, і країни, що розвиваються сили тертя між сполучаються елементами при дії сил, що зсувають на з'єднання невизначені і в більшості випадків недостатні для повного сприйняття цих сил, що зсувають. Роботу такого з'єднання можна розбити на чотири етапи. На 1-му етапі, поки сили тертя між сполучаються елементами не подолано, самі болти не відчувають зсувних зусиль і працюють тільки на розтягування, все з'єднання працює пружно. Так працюють зсувостійкість з'єднання на високоміцних болтах. При збільшенні зовнішньої зрушує сили сили внутрішнього тертя виявляються подоланими і настає 2-й етап - зсув всього з'єднання на величину зазору між поверхнею отвори і стрижнем болта. На 3-му етапі зсувне зусилля в основному передається тиском поверхні отвори на стрижень болта; стрижень болта і краю отвори поступово обминаються; болт згинається, розтягується, так як головка і гайка перешкоджають вільному вигину стержня. Поступово щільність з'єднання розбудовується, сили тертя зменшуються і з'єднання переходить в 4-й етап роботи, який характеризується його упругопластической роботою. Руйнування з'єднання відбувається від зрізу болта, що зім'яло і виколи одного з елементів, що з'єднуються або відриву головки болта.

Робота ця сильно ускладнена неправильність форми болта і стінки отвору, тому розрахунок з'єднання носить умовний характер.

Розрізняють також роботу одноболтлвого і многоболтового з'єднання. У многоболтовом з'єднанні ці ж неправильності форми болта і отвори, а також можливі зазори між болтом і отвором неминуче призводять до нерівномірного роботі окремих болтів з'єднання, що враховують відповідним призначенням коефіцієнта умов роботи з'єднання.

Розрахунок ведуть виходячи з можливого виду руйнування з'єднання по зрізу болта при товстих з'єднуються листах або по зім'яту поверхні отвору при тонких аркушах:

а) розрахункове зусилля, яке сприймає одним болтом по зрізу:

Число болтів n в з'єднанні при дії зрушує сили N, яка додається до центру тяжіння з'єднання, визначають, припускаючи роботу всіх болтів однаковою

Розрахунок самих елементів, що з'єднуються на міцність ведуть з урахуванням ослаблення перерізу отворами по площі нетто Літ, але з допущенням упругопластической роботи матеріалу з'єднуються, вчи Тива коефіцієнтом умов роботи. Він приймається: для суцільних балок, колон і стикових накладок 1,1, для стрижневих конструкцій покриттів і перекриттів 1,05 і враховується одночасно з коефіцієнтом умов роботи всієї конструкції;

в) в з'єднаннях на високоміцних болтах з контрольованою силою натягу болта (зсувостійкість, фрикційних) сили стягування з'єднуються болтами настільки великі, що при дії сил, що зсувають виникають в з'єднанні сили тертя повністю сприймають ці зсувні сили і все з'єднання працює пружно.

Вирішальне значення в роботі такого з'єднання мають сила натягу болта (рівна розрахункового зусилля болта на розтяг) і якість поверхонь тертя. Розрахункова зсувне зусилля, яке може бути сприйнято в з'єднанні елементів, стягнутих одним високоміцним болтом, може бути визначено за формулою:

Аналогічно формулі (6.3) необхідне для передачі зрушує сили число болтів n в з'єднанні знаходять, вважаючи розподіл сили між болтами рівномірним:

Фактично ділянки на кінцях з'єднання відчувають кілька великих зусиль через різної інтенсивності, а отже, і різ них пружних подовжень ділянок між болтами вздовж чинного зусилля суміжних елементів, що з'єднуються.

Розрахунок елементів в місцях стиків і з'єднань високоміцними болтами на відміну від сполук на звичайних болтах ведуть без допущення упругопластической роботи, так як з'єднання не має непружних деформацій, т. Е. При у = 1.

Однак ослаблення перетинів отворами враховується частково, так як частина зсувного зусилля сприймається тертям поверхонь, що з'єднуються, що знаходяться поза місцем ослаблення перетину отворами. При цьому перевірку ослаблених перерізів необхідно проводити при статичних навантаженнях -по площі перерізу брутто А при Ант <0,85А, а при Ант> 0,85А- по умовної площі Аус = 1,18Ант) при динамічних навантаженнях - по площі перерізу нетто Ант.

Якщо зовнішня сила, що діє на з'єднання, спрямована паралельно поздовжньої осі болтів, то вони будуть працювати на розтягування. При статичній роботі такого з'єднання якість отворів і поверхні болта не має ніякого значення і болти нормальної і підвищеної точності працюють на розтягнення однаково (їх розрахункові сопротіво лення рівні).

Цікаво відзначити, що початкові натягу болтів не позначаються на їх несучої здатності на розтягнення. Пояснюється це тим, що початкові напруги є напруженнями внутрішніми, врівноваженими силами стиснення між сполучаються елементами. Прикладаючи зовнішні сили N до з'єднувальних елементів, будемо поступово замінювати ними сили стиснення між елементами, не порушуючи рівноваги болт - елемент. При цьому щільність з'єднання порушена не буде. Тоді, коли зовнішні сили N почнуть перевищувати внутрішні початкові зусилля стягування болта, монолітність з'єднання порушиться і розтяжне зусилля в болті почне збільшуватися. Таким чином, міцність з'єднання визначається міцністю матеріалу болтів на розтягнення незалежно від сил початкового натягу болта.

У з'єднаннях, що працюють на розтяг, застосовуються болти з тих же сталей, що і для з'єднань, що працюють на зрушення і зазначених в табл. 6.1, а для фундаментних болтів - в табл. 6.5. У цих з'єднаннях зусилля до болтів часто бувають включені з ексцентриситетом, що змушує знижувати їх розрахункові опори.

У фундаментних болтах зниження розрахункових опорів матеріалу болтів проти номіналу пояснюється ще й тим, що ступінь натягу суміжних болтів бази колони в процесі монтажу колони може бути різна, а тому в дійсності можлива деяка перевантаження окремих болтів. Зусилля, яке може бути сприйнято одним болтом, визначають за формулою:

Аналогічно формулі (6.3) необхідну кількість болтів у з'єднанні, що працює на дію центрально прикладеної сили, що розтягує, визначають:

При одночасній дії сил, що зсувають і розтягують з'єднання, міцність його перевіряють окремо на зрушення за формулами (6.1) - (6.3), а на розтягнення за формулами (6.6) і (6.7).

Розрахунок фундаментних болтів не відрізняється від розрахунку звичайних болтів і проводиться за формулами (6.6) і (6.7), однак для належного закріплення болта в фундаменті (визначення довжини його закладення в бетон) необхідно додатково перевірити його на виривання з фундаменту.

Робота з'єднань при навантаженні з перервами. Робота з'єднань на дію повторних навантажень має кілька різновидів.

1. Якщо сили стягування з'єднання болтами великі і зовнішні повторні навантаження не долають сил тертя, 'що виникають при цьому між сполучаються елементами, то з'єднання зберігає свою монолітність і працює пружно, як основний метал. Так працюють з'єднання на високоміцних болтах.

2. Якщо сили стягування з'єднань на болтах нормальної, підвищеної точності і несучих високоміцних недостатні і сили внутрішнього тертя F долаються в з'єднанні зовнішніми зсувними силами, то з'єднання починає працювати як пружнопластичне тіло. Якщо таке з'єднання довести до розвитку пластичних деформацій (подолати сили внутрішнього тертя), а потім розвантажити то поки не буде подолано внутрішнє тертя в зворотному напрямку, розвантаження відбудеться по пружності закону (початкові залишкові деформації з'єднання при цьому збережуться). Пружний закон буде поширюватися не на розвантаження F, як при першому навантаженні, а на 2F, що може бути пояснено особливостями природи сухого тертя, т. Е. З'єднання при повторних навантаженнях і розвантаженнях зрушує силою N, що не перевищує подвоєної сили тертя 2F, зазнавши перші неупругие зрушення, в подальшому буде працювати пружно. Таким чином, повторні навантаження як би збільшують область пружної роботи з'єднання в 2 рази. Це сильно зменшує деформативність з'єднань після перших навантаженні.

При повторних навантаженнях і розвантаженнях з'єднання зусиллям N> ZF тертя в з'єднанні буде кожен раз долатися і на діаграмі "навантаження - деформація" утворюється петля гистерезиса циклічної роботи з'єднання. Якщо фіксувати тільки початкову і кінцеву точки петлі гістерезису, то виходить враження, що з'єднання працює пружно, але його наведений модуль пружності Е 'менше модуля пружності матеріалу, т. Е. З'єднання виявляється більш податливим, ніж матеріал конструкції. Природно, що чим більше сили внутрішнього тертя в з'єднанні F, тим більше зона пружною роботи з'єднання і менше його податливість. Це ще раз показує бажаність збільшення сил стягування з'єднання болтами. Явище це розрахунком не враховується, але може бути враховано при визначенні деформативності споруди.

Робота і розрахунок з'єднань при вібраційному навантаженні. У з'єднаннях, які працюють на вібраційне навантаження, застосовують заклепки або високоміцні болти.

При безперервної повторної вібраційному навантаженні з'єднання працює пружно, так як розмір зміни зусиль зазвичай менше значення опорів тертя. Пружна робота з'єднання не сприяє вирівнюванню зусиль між болтами з'єднання, і крайні болти працюють сильніше середніх.

Отвори в з'єднанні і сложнонапряженное стан матеріалу близько отворів сприяють концентрації напружень і появи пікових напруг. Обидва ці явища знижують вібраційну міцність з'єднання в порівнянні з вібраційної міцністю основного матеріалу поза з'єднання і створюють умови для прояву втоми металу.

Рідше руйнуються від втоми заклепочні або болтові стрижні. Вони руйнуються в місцях концентрації напружень, т. Е. В місцях примикання стрижня до голівки або в середній, обминають краями аркуша частини стержня.

Зниження вібраційної міцності з'єднання враховують зниженням розрахункового опору матеріалу.

При конструюванні з'єднання слід прагнути до кращого передачі зусилля з одного елемента на інший найкоротшим шляхом при одночасному забезпеченні зручності виконання з'єднання. У стиках і вузлах прикріплень (для економії матеріалу накладок) відстань між болтами має бути мінімальним.

У слабо працюючих (сполучних, конструктивних) з'єднаннях відстань повинна бути максимальною, щоб зменшити число болтів.

Болти розташовують в з'єднанні за прямими лініями - ризикам, паралельним до чинного зусиллю. Відстань між двома суміжними ризиками називається доріжкою, а відстань між двома суміжними по ризику болтами - кроком (рис. 6.10). Відстань між центрами болтів і заклепок приймають по табл. 6.6 і рис. 6.10. Мінімальна відстань, вказане в табл. 6.6, визначають умовами міцності основного матеріалу. Максимальна відстань визначають стійкість стиснутих частин елементів в проміжках між болтами або умовою щільності з'єднання розтягнутих елементів щоб уникнути попадання в щілини вологи і пилу, що сприяють корозії елемента.

У профільних елементах (куточках, двотавр, швелер) положення рисок і можливі діаметри отворів повинні відповідати необхідної міцності елемента і практичної можливості постановки болтів в з'єднаннях. Ризики на профільних елементах наведені в довідниках металевих конструкцій (МК).

Для полегшення користування кондукторами для свердління отворів бажано мати крок і доріжку, кратну 40 мм.