Монтажный стык на высокопрочных болтах

Монтажные стыки на высокопрочных болтах выполняются с накладками – по три на каждом поясе и по две на стенке (см. рис. 5.12).

Рис. 5.12. Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

Применяемые в конструкциях средней мощности диаметры высокопрочных болтов и их площади сечения приведены в табл. 3.10.

При выполнении стыка на высокопрочных болтах рекомендуется принимать один диаметр болтов для поясов и стенки.

Размещение болтов производится согласно требованиям, приведенным в табл. 3.7.

Принимаются болты диаметром d_b. Диаметр отверстия d под болт делается на 1–4 мм больше d_b.

Назначаются минимальные и максимальные расстояния между центрами высокопрочных болтов согласно табл. 3.7.

Ширина верхней накладки принимается равной ширине пояса балки b_nf = b_f.

Ширина каждой нижней накладки пояса

b^′_nf = [ b_f – (t_w + 2 k_f + 2Δ)]/2,

где Δ = 10–15 мм – конструктивный зазор.

Толщина каждой накладки пояса

t_nf = t_f /2 + 2 мм.

Определяется длина двух вертикальных накладок:

l_nw = h_w – 2(t_nf + Δ).

Ширина вертикальных накладок

b_nw = 2 а + δ + 4 c,

где а – расстояние между центрами болтов (шаг болтов) в расчетных соединениях;

δ = 10 мм – зазор между элементами;

c – минимальное расстояние от центра болта до края элемента (для высокопрочных болтов в любом направлении усилия);

Толщина каждой вертикальной накладки t_nw принимается равной толщине стенки t_w за вычетом 2–4 мм, но не менее 6 мм.

Принимается количество вертикальных рядов не менее двух. Расстояния между вертикальными рядами болтов принимаются минимальными. Расстояния между горизонтальными рядами принимаются близкими к максимальным, количество горизонтальных рядов, как правило, должно быть четным.

Определяется максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов а ₁ = a _max (с учетом расстояния до края элемента с).

Стык осуществляется высокопрочными болтами из стали 40Х, имеющей расчетное сопротивление растяжению болта R_bh = 75,5 кН/см² согласно табл. 3.12.

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимается по моменту закручивания. Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где – коэффициент трения, принимаемый согласно табл. 3.13 в зависимости от способа обработки поверхности;

g_h – коэффициент надежности болтового соединения, принимаемый по табл. 3.13.

Необходимое количество высокопрочных болтов в соединении для восприятия продольной силы N

n ≥ N /(Q_bhk_sg_bg_с),

где k_s – количество плоскостей трения соединяемых элементов;

g_с – коэффициент условий работы элемента конструкции;

g_b – коэффициент условий работы фрикционного соединения.

Расчет стыков поясов и стенки производится раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом 1/ ρ = M _max/(EI_x) (здесь r – радиус кривизны) к кривизне ее составляющих: стенки M_w /(EI_w) и поясов M_f /(EI_f), находятся изгибающие моменты, приходящиеся на стенку M_w и на пояса M_f, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EI_w и ЕI_f.

Изгибающие моменты, приходящиеся:

на стенку

M_w = M _max(I_w / I_x);

на пояса

M_f = M _max(I_f / I_x).

Расчет стыка пояса. Расчетное усилие в поясе определяется по формуле

N_f = M_f / h_f,

где h_f – расстояние между осями поясных листов.

Определяется количество болтов на каждую сторону от центра стыка балки, прикрепляющих накладки пояса, для восприятия продольной силы N_f.

Длина горизонтальных накладок назначается конструктивно из условия размещения болтов:

l_nf = 2(n ₁ a + 2 c) + δ,

где n ₁ – количество рядов болтов на полунакладке за минусом 1.

Расчет стыка стенки. Расчетный момент, приходящийся на стенку, уравновешивается суммой внутренних пар усилий, действующих в болтах. Максимальное горизонтальное усилие N _max от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее напряженный болт, не должно быть больше несущей способности Q_bhk_s.

Условие прочности соединения

N _max = M_wa _max/(m Σ a_i ²) ≤ Q_bhk_sγ_с,

где а_i – соответствующее расстояние между парами сил в болтах;

m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

Для определения числа рядов болтов по вертикали k и назначения их шага а вычисляется коэффициент стыка:

a = M_w /(ma _max Q_bhk_s).

По табл. 5.8 принимается число горизонтальных рядов k.

Таблица 5.8

Коэффициенты стыка стенки балок a

Коэффициент стыка	Число рядов по вертикали k
a	1,4	1,55	1,71	1,87	2,04	2,20	2,36	2,52	2,69	2,86

Определяется шаг болтов по вертикали:

а= а _max/(k – 1).

Шаг a рекомендуется округлять до 5 мм, он должен укладываться целое число раз в расстояние между крайними рядами болтов a ₁.

Определяются расстояния между болтами а ₂, а ₃ и т.д. (см. рис. 5.12).

Длина вертикальных накладок

l_nw = (k – 1) a + 2 c.

Проверяется прочность стыка стенки по наиболее напряженному крайнему болту: N _max ≤ Q_bhk_sγ_с.

Кроме изгибающего момента M_w в стенке в месте стыка может действовать поперечная сила Q, которая условно полностью передается на стенку и принимается равномерно распределенной на все болты, расположенные на вертикальной полунакладке:

V = Q / n,

где n число болтов на полунакладке.

Тогда прочность стыка будет определяться прочностью наиболее нагруженного крайнего болта, воспринимающего равнодействующую усилий от момента и поперечной силы:

Проверяются элементы, ослабленные отверстиями под болты диаметром d.

Площадь ослабления пояса по краю стыка

A_df = n_asdt_f,

где n_as – количество отверстий в ослабленном сечении.

Площадь сечения нетто пояса

A_n,f = A_f – A_df.

Проверка производится при статических нагрузках по расчетной площади A_f, равной площади сечения брутто А (при A_n ³ 0,85 A) либо условной площади A_ef = 1,18 A_n (при A_n < 0,85 A).

Полагая, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, воспринимается силами трения, расчетное усилие в поясе и накладках, ослабленных болтами в крайнем ряду, определяется по формуле

Производится проверка прочности ослабленного пояса:

Аналогично проверяется прочность накладок.