Расчет силы затяжки фундаментных болтов

4.1) К этой группе болтов относятся болты, крепящие оборудование и металлоконструкции к металлическим рамам или к неметаллическим стенам, колоннам, фундаментам.

а) б) в) г) д) е)

Рис. 60. Схема к расчету силы затяжки фундаментных болтов:

1 – основание, 2 – фундамент;

а) схема нагружения; б) эпюра напряжений в стыке от силы затяжки; в) эпюра напряжений от отрывающей силы F_x;

г) эпюра напряжений в стыке от отрывающего момента М_у; д) суммарная эпюра напряжений в стыке; е) план стыка.

4.2) Эти болтовые соединения относятся к соединениям, нагруженным отрывающими и сдвигающими силовыми факторами одновременно.

4.3) Обычно расчет ведут по условию нераскрытия стыка, а по условию неподвижности стыка делают проверку.

4.4) На рис. 60,а показан пример такого соединения. Размеры опорной пластины (стыка) B×H см. рис. 60,е.

4.5) До приложения внешней нагрузки F_x, F_{z ,} M_y производят затяжку болтов усилием F_зат. Все болты затягивают одинаково. Тогда давление основания на фундамент (напряжение смятия):

где А=В∙Н – площадь стыка.

4.6) Внешние силовые факторы вызывают в стыке дополнительные напряжения.

а) Усилие F_x вызывает уменьшение напряжения от затяжки на величину:

где (1–𝜒)– доля внешней нагрузки, которая идет на нагружение стыка внешней силой. В фундаменте принимают χ≈0, что идет в запас прочности.

б) Предполагаем, что под действием внешнего момента М_у стык будет поворачиваться относительно оси симметрии стыка. Если затяжка отсутствует, то осью поворота будет нижняя кромка основания (см. рис. 60,а). Пока давление между основанием и фундаментом обеспечено, то есть в стыке — напряжения сжатия, то стык затянут, и основание и фундамент можно считать единым целым. Испытания подтверждают это предположение.

в) Из предыдущего пункта понятно, почему основным критерием расчета таких соединений является условие нераскрытия стыка.

г) Пренебрегая величиной χ при расчете фундаментных болтов, найдём напряжение в стыке от изгиба:

где W_cmy – осевой момент сопротивления стыка; зависит от формы стыка.

д) Эпюра напряжений в стыке от изгиба приведена на рис. 60,г.

4.7) Для выполнения условия нераскрытия стыка напряжения в нем должны быть сжимающими. На рис. 60,д приведены варианты эпюры суммарных напряжений в стыке.

а) 2, 3 – стык раскрыт σ_Σ≥0;

б) 1 – стык не раскрыт σ_Σ<0, то есть сжимающее;

4.8) Из условия нераскрытия стыка напряжение в нем может быть определено:

где S =1,3÷2 – коэффициент запаса по нераскрытию стыка. Знак «–» берется при сжимающей силе F_x.

4.9) Требуемая сила затяжки болтов из условия нераскрытия стыка.

а) Из формулы для определения F_зат видно, что уменьшение площади стыка A уменьшает требуемую силу затяжки.

б) Целесообразно делать стыки не сплошными, а — как показано на рис. 59, 60.

в) Целесообразность делать стыки несплошными подтверждается следующим: если уменьшить площадь А до А₁ вдвое А₁=0,5∙А, то σ _мy возрастет на 12%, а усилие затяжки уменьшится на 38%.

4.10) Проверяем и максимальное напряжение смятия фундамента:

σ_см = σ_Σmax ≤ [σ]_см.

Величина допускаемого напряжения для разных материалов приведена в справочных данных.