На какие усилия рассчитываются болты в соединении металлических элементов
Перейти к содержимому

На какие усилия рассчитываются болты в соединении металлических элементов

  • автор:

Болтовые соединения

При монтаже конструкций на болтовых соединениях, применяются болты обычной прочности и высокопрочные.

Б олты обычной прочности изготавливают трех видов — грубой, нормальной и повышенной точности. Отличия характеризуются лишь качеством изготовления, прочность материала остается неизменной. Это позволяет использовать все подвиды болтов обычной прочности взаимозаменяемо.

Высокопрочные болты используются в соединениях характеризующихся сдвигоустойчивостью, а так же в соединениях с несущими болтами.

Рассчет болтового соединения

Рассчет болтового соединения заключается в подборе оптимального количества болтов заданного диаметра, или в определении диаметра болта а также толщины стягиваемых болтом элементов. В сдвигоустойчивых соединениях болты рассчитываются на растягивающее усилие, необходимое для стягивания пакета и обеспечения достаточной величины силы трения между пластинами пакета. Эта сила трения препятствует смещению пластин, и болт работает только на растяжение.

Рассчет болтового соединения с несущими болтами предполагает работу тела болта на срез при смещении пластин, а так же работу кромок пластин на смятие. Исходя из расчета болтов на срез определя количество и диаметр болтов. Рассчитывая пластины пакета на смятие, определяется толщина пластин пакета.

Подготовка и затяжка болтовых соединений

Перед устройством болтовых соединений, скрепляемые детали подготавливают. Очищают от пыли, грязи, ржавчины, льда. Шлифуют кромки отверстий и пластин от заусенцев, чтобы пластины примыкали плотно по всей площади.

После контроля и зачистки деталей болтового соединения, производят совмещение отверстий под болты и их фиксацию. Для более точного совмещения отверстий используется проходная оправка. Это специальный стержень диаметром на 0,2 мм меньше диаметра болтового отверстия, выполненный с одной стороны в виде конуса. Проходную оправку вставляют в отверстие и забивают кувалдой. После этого совмещенное отверстие фиксируют пробкой — гладким стальным стержнем.

З атяжка болтовых соединений должна обеспечить плотность пакета. Это достигается соблюдением последовательности затяжки болтов по проекту. В большинстве случаев, болты в соединении затягивают от центра к краям. В этом случае, пластины в поцессе затяжки могут перемещаться к краям относительно друг друга. Этим достигается плотность пакета пластин.

При монтаже заводских конструкций, неизбежна разбежка между отверстиями в смежных пластинах. Поэтому, в таких конструкциях отверстия выполняются меньшего диаметра. После совмещения отверстий, они рассверливаются по месту под необходимый диаметр болтов.

Затяжку болтов выполняют специальными торировочными ключами. Они позволяют контролировать момент затяжки болтовых соединений. Ключи с трещотками устроены таким образом, что при достижении усилия момента затяжки определенного значения, срабатывает трещотка и перетяжка невозможна. В то же время, монтажник знает о том что болт затянут как нужно.

Другой тип — ключи с индикаторами. Они имеют прибор со шкалой, показывающий величину момента затяжки болта или позволяющий рассчитать эту величину на основе его показаний.

Болтовые соединения

10.2. Болтовые соединения Болтовые соединения осуществляют путем постановки металлических стержней (болтов) в совмещенные отверстия соединяемых элементов. В болтовых соединениях стальных конструкций применяют болты различного назначения (рис. 10.36).

Обычные ГОСТ 22356-70*,ВысокопрочныеГОСТ 22356-77,Фундаментные (анкерные)
ГОСТ 24379.1-80
,грубой
точности
(класс С)
,нормальной
точности
(класс B)
,повышенной
точности
(класс A)
,Болты

Рис. 10.36. Классификация болтов Болты обычные и высокопрочные используют для соединения элементов стальных конструкций друг с другом, а болты анкерные – для присоединения конструкций к фундаменту. Обычные болты изготавливают грубой (класс точности С), нормальной (класс точности Б) и повышенной (класс точности А) точности. Болты класса точности А следует применять для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах или по кондукторам в отдельных элементах и деталях, а также просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующим сверлением на проектный диаметр. Для нерасчетных монтажных соединений применяются болты класса точности С, для расчетных – В и А. Болты классов точности В и С в многоболтовых соединениях следует применять для конструкций из стали с пределом текучести 380 МПа. В соединениях, где болты работают преимущественно на растяжение, как правило, применяют болты классов точности В и С или высокопрочные.

Рекомендуемые материалы

Вентиляция студенческой столовой на 400 мест в городе Курган
Строительство
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
Строительство
Проектирование 9-этажного дома
Строительство
Проектирование 2-х этажного спортивно-оздоровительного комплекса с цокольным этажом
Строительство
14-этажный 84-квартирный жилой дом
Строительство
Монолитный 10-тиэтажный жилой дом
Строительство

Элементы в узле допускается крепить одним болтом. Диаметры отверстий, в которые вставляются болты, выполняются больше диаметра стержня болта (табл. 10.22). По прочности болты подразделяются на классы, которые обозначаются двумя цифрами, разделенными точкой (4.6; 5.6; 5.8 и т.п.). Первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта σu в кН/см 2 ; произведение цифр определяет значение предела текучести материала болта σy в кН/см 2 ; вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σy / σu в процентах. Таблица 10.22 Диаметры отверстий болтов

Класс точности болта Диаметр, мм
болта d отверстия d0
С d d0 = d + (2…3)
Б d d0 = d + (1…1,5)
А d d0 = d + (0,25…0,30)

По механизму передачи внешних усилий различают несколько видов болтовых соединений: Срезные соединения, в которых внешние усилия воспринимаются вследствие сопротивления болтов срезу и соединяемых элементов смятию. Отличительное свойство срезных соединений – достаточно высокая деформативность. Поэтому основная область их применения – соединения элементов, подвергающихся воздействию статических нагрузок. Фрикционные или сдвигоустойчивые соединения, в которых внешние усилия воспринимаются вследствие сопротивления сил трения, возникающих по контактным плоскостям соединяемых элементов от сжатия пакета предварительно натянутыми высокопрочными болтами. Эти соединения наиболее трудоемки по сравнению с другими типами болтовых соединений и применяются в конструкциях, воспринимающих различного рода вибрационные, циклические и знакопеременные нагрузки, а также эксплуатируемых в условиях низких температур, где требуется повышенная надежность. Фрикционно-срезные, в которых внешние усилия воспринимаются в результате совместного сопротивления сил трения, болтов срезу и соединяемых элементов смятию. Фланцевые соединения, в которых внешние усилия воспринимаются главным образом вследствие преодоления сопротивления сжатию фланцев от предварительно натяжения высокопрочных болтов. Фланцевые соединения, в которых высокая несущая способность высокопрочных болтов используется впрямую и практически полностью, являются одним из эффективных типов болтовых соединений элементов, подверженных растяжению, изгибу или совместному их действию. Специальные болтовые соединения на самонарезающих болтах, комбинированных заклепках применяются в основном для крепления профилированного настила в покрытиях зданий. Фундаментные (анкерные) болты с диаметром резьбы 12. 140 мм работают на растяжение, предназначены для крепления строительных конструкций к фундаменту и классифицируются по следующим признакам: – конструктивному решению (изогнутые, с анкерной плитой, составные съемные); – способу установки в фундамент (устанавливаемые на готовые фундаменты в колодцы или скважины); – способу закрепления в бетоне фундамента (закрепляемые непосредственно взаимодействием элементов (шпилек или анкерных плит) болтов с бетоном фундамента, закрепляемые с помощью эпоксидного или силоксанового клея, цементно-песчаных смесей, либо с помощью разжимных цанг); – условиям эксплуатации (расчетные и конструктивные). 10.2.1. Размещение болтов в соединении Центры болтовых отверстий должны располагаться по прямым линиям, параллельным действующему усилию, называемыми рисками. Расстояние a между центрами соседних отверстий вдоль риски называется шагом, расстояние с между соседними рисками – дорожкой. Болты размещаются в рядовом или шахматном порядке (рис. 10.37) согласно требованиям табл. 10.23, при этом в расчетных соединениях (стыках и узлах) устанавливается минимальный шаг болтов amin. Он определяется из а) б) Рис. 10.37. Размещение болтов: а – рядовое; б – шахматное условия прочности основного металла. Этим достигается экономия материала накладок, фасонок и других элементов в соединении. Максимальное расстояние между болтами amax назначается в нерасчетных (связующих) соединениях для уменьшения количества болтов. Оно определяется устойчивостью более тонкого наружного элемента tmin при сжатии в промежутках между болтами и плотностью соединения растянутых элементов в целях устранения коррозионной опасности (зависит от диаметра болта d). Таблица 10.23 Размещение болтов

Характеристика расстояния Расстояние
1. Расстояния между центрами болтов в любом направлении: а) минимальное б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков: при растяжении при сжатии 2,5d* 8d или 12t 16d или 24t 12d или 18t
2. Расстояния от центра болта до края элемента: а) минимальное вдоль усилия б) минимальное поперек усилия: при обрезных кромках при прокатных кромках в) максимальное г) минимальное для высокопрочных болтов при любой кромке и любом направлении усилия д) то же максимальное 2d 1,5d 1,2d 4d или 8t 1,3d 4d

* В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальное расстояние между болтами следует принимать равным 3d. Обозначения, принятые в таблице: d – диаметр отверстия для болта; t – толщина наиболее тонкого наружного элемента При размещении болтов в шахматном порядке расстояние между их центрами вдоль усилия следует принимать не менее а + 1,5d, где а – расстояние между рядами поперек усилия, d – диаметр отверстия для болта. При таком размещении сечение элемента An определяется с учетом ослабления его отверстиями, расположенными только в одном сечении поперек усилия (не по «зигзагу»). Под гайки болтов следует устанавливать шайбы. В болтовом соединении на высокопрочных болтах необходимо устанавливать две шайбы – под головку болта и гайку, так как основное назначение шайб заключается в уменьшении трения по торцевой поверхности головки болта или гайки при закручивании. В соединениях с болтами классов точности А, В и С (за исключением крепления второстепенных конструкций и соединений на высокопрочных болтах) должны быть предусмотрены меры против развинчивания гаек (постановка пружинных шайб или контргаек). 10.2.2. Срезные соединения на болтах нормальной точности В многоболтовых соединениях при действии продольной силы, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между всеми болтами неравномерно. Однако в пластической стадии за счет текучести материала усилия в болтах выравниваются и расчет каждого болта производится на одинаковое усилие (рис. 10.38, а). Неравномерная работа отдельных болтов нормальной точности учитывается снижением расчетных сопротивлений материала болтов.

а) б)

Рис. 10.38. Распределение усилий между болтами: а – продольной силы; б – изгибающего момента При недостаточной прочности разрушение обычных болтов происходит в результате их среза по плоскости, совпадающей с поверхностью соприкосновения соединяемых элементов. При недостаточной толщине соединяемых элементов давление, возникающее между болтами и стенками отверстий, приводит к смятию последних. Расчет на смятие носит условный характер и ведется не по цилиндрической поверхности контакта, а в предположении равномерного распределения перпендикулярно поверхности контакта, т.е. по диаметральной плоскости болта. Если внешняя сила, действующая на соединение, направлена параллельно продольной оси болтов, то они будут работать на растяжение. При статической работе такого соединения качество отверстий и поверхности болта не играют роли и болты нормальной и повышенной точности работают на растяжение одинаково. Прочность соединения будет определяться прочностью материала болтов на растяжение. В соединениях, работающих на растяжение, применяются болты из тех же сталей, что и для соединений, работающих на сдвиг. Расчетное усилие Nb, которое может быть воспринято одним болтом, в зависимости от вида напряженного состояния определяется по формулам: – при срезе Nbs = Rbs γb A ns; – при смятии Nbp = Rbp γb t; – при растяжении Nbt = Rbt Abn, где Rbs, Rbp, Rbt – расчетные сопротивления болтовых соединений определяемые по табл. 10.24 и 10.25; d – наружный диаметр стержня болта (табл. 10.26); A = πd 2 /4 – расчетная площадь сечения стержня болта; Abn – площадь сечения болта нетто (табл. 10.26); Σ t – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; ns – число расчетных срезов одного болта; γb – коэффициент условий работы болтового соединения при работе на срез и смятие, учитывающий качество обработки поверхности отверстий для болтов и их расположение в соединяемых элементах (см. табл. 10.27). Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N, приложенной в центре тяжести соединения, в предположении работы всех болтов нормальной точности одинаковой определяется по формуле n = N / (γcNmin), где γc = коэффициент условий работы; Nmin – меньшее из значений расчетного усилия для одного болта (из условия среза или смятия). Расчет самих соединяемых элементов на прочность ведется с учетом ослабления сечения отверстиями по площади нетто An. Таблица 10.24

Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов

Напряженное состояние Расчетные сопротивления, МПа, болтов классов
4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9
Срез, Rbs 150 160 190 200 230 320 400
Растяжение, Rbt 170 160 210 200 250 400 500

П р и м е ч а н и е. В таблице указаны значения расчетных сопротивлений для одноболтовых соединений. Таблица 10.25 Расчетные сопротивления смятию Rвр элементов, соединяемых болтами

Временное сопротивление стали соединяемых элементов Run, МПа Расчетные сопротивления, МПа, смятию элементов, соединяемых болтами
класса точности А классов точности В и С (болты высокопрочные без регулируемого натяжения)
360 475 430
365 485 440
370 495 450
380 515 465
390 535 485
400 560 505
430 625 565
440 650 585
450 675 605
460 695 625
470 720 645
480 745 670
490 770 690

При действии на соединение момента, вызывающего сдвиг соединяемых элементов, распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта (см. рис. 10.38, б). Усилие в наиболее нагруженном болте Nb,max не должно превышать меньшего из значений Nbs или Nbp. Таблица 10.26 Площади сечения болтов согласно СТ СЭВ 180-75, СТ СЭВ 181-75 и СТ СЭВ 182-75

d, мм 16 18* 20 22* 24 27* 30 36
Ab, см 2 2,01 2,54 3,14 3,80 4,52 5,72 7,06 10,17
Abn,см 2 1,57 1,92 2,45 3,03 3,52 4,59 5,60 8,26

* Болты указанных диаметров применять не рекомендуется. Таблица 10.27 Коэффициенты условий работы соединения

Характеристика соединения Коэффициент условий работы соединения gb
1. Многоболтовое в расчетах на срез и смятие при болтах: класса точности А классов точности В и С, высокопрочных с нерегулируемым натяжением 1,0 0,9
2. Одноболтовое и многоболтовое в расчете на смятие при a = 1,5d и b = 2d в элементах конструкций из стали с пределом текучести, МПа: до 285 св. 285 до 380 0,8 0,75

Обозначения, принятые в таблице: a – расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия; b – то же, между центрами отверстий; d – диаметр отверстия для болта. Примечания: 1. Коэффициенты, установленные в поз. 1 и 2, следует учитывать одновременно. 2. При значениях расстояний a и b, промежуточных между указанными в поз. 2 и в табл. 2.2, коэффициент gb следует определять линейной интерполяцией. При одновременном действии на болтовое соединение силы и момента, действующих в одной плоскости и вызывающих сдвиг соединяемых элементов, определяют равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте (рис. 10.39), которое не должно превышать меньшего из значений Nbs или Nbp. Рис. 10.39. Усилия в болтах при одновременном действии N и M При одновременном действии на болтовое соединение усилий, вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт наряду с проверкой на растяжение проверяется по формуле где Ns и Nt – усилия, действующие на болт, срезывающее и растягивающее соответственно; Nbs и Nbt – расчетные усилия (с заменой в формулах Abn на Аb). Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, проверяются отдельно на срез и растяжение. Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и момента, проверяются на равнодействующее усилие. В соединениях внахлестку и посредством односторонних накладок возникает не учитываемый расчетом дополнительный изгибающий момент, поэтому количество болтов в соединении увеличивается на 10% сверх расчетного. То же относится к соединениям, где передача усилия осуществляется через прокладки. При креплении выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей количество болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено против расчета на 50%. Пример 10.11. Рассчитать и законструировать болтовое соединение двух центрально-растянутых листов сечением b×t = 300×20 мм посредством двусторонних накладок. Расчетное усилие N = 1000 кН (рис. 10.40). Материал листов и накладок – сталь С255 с расчетным сопротивлением Ry = 240 МПа и нормативным сопротивлением Run = 370 МПа. Болты класса прочности 5.6. Описание: 107Рис. 10.40. Соединение на болтах нормальной точности Назначаем толщину каждой накладки tн = 12 мм (из условия равнопрочности со стыкуемыми листами принимается не менее половины толщины листов t). Число срезов ns = 2. Наименьшая толщина элементов, сминаемых в одном направлении, Σtmin = t = 20 мм. Принимаем болты с наружным диаметром d = 20 мм и отверстия под них dо = 23 мм. Площадь болта А = 3,14 см 2 . Определяем расчетные сопротивления болтов: – срезу Rbs = 190 МПа = 19 кН/см 2 (см.табл. 10.24); – смятию элементов из стали класса С255 Rbp = 450 МПа = 45 кН/см 2 (см. табл. 10.25). Коэффициент условий работы соединения γb = 0,9 (см. табл. 10.27). Требуемое количество болтов: – из условия среза n ≥ N / (Rbs γb А ns) = 1000 / (16 · 0.9 · 3,14 · 2) = 11,06; – из условия смятия n ≥ N / (Rbp γb d Σtmin) = 1000 / (45 · 0.9 · 2 · 2) = 6,17. Принимаем количество болтов из условия среза n = 12. Располагаем болты в рядовом порядке. Минимальное расстояние между болтами в любом направлении a = 2,5dо = 2,5 · 23 = 57,5 мм. Принимаем a = 70 мм (k = 4 – по ширине листа). Минимальные расстояния от центра болта до края элемента: – вдоль усилия c ≥ 2 do = 2 · 23 = 46 мм, принимаем c = 50 мм; – поперек усилия c1 1,5do = 1,5 · 23 = 34,5 мм. Принимаем c1 = (b – 3a) / 2 = (300 – 3 · 70) / 2 = 45 мм. Проверяем прочность листа по ослабленному отверстиями сечению, для чего определяем площадь сечения листа нетто: An = (b – k do) t = (30 – 4 · 2,3) · 2 = 41,6 см 2 . Проверка прочности по нормальным напряжениям: σ = N / A = 1000 / 41,6 = 24,04 кН/см 2 = 240,4 МПа ≈ Ry γc = 240 МПа. Определяем длину накладки: lн = 2 (2a + 2c +Δ) = 2 (2 · 70 + 2 · 50 + 10) = 490 мм. 10.2.3. Фрикционные соединения на высокопрочных болтах Прочность соединений на высокопрочных болтах зависит от сил трения, величина которых определяется натяжением болта P и коэффициентом трения μ. Осевое усилие натяжения P высокопрочного болта определяют из выражения: P = RbhAbn, где – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; Rbun – наименьшее временное сопротивление (браковочный минимум по σu) высокопрочного болта разрыву (табл. 10.28); – площадь сечения болта нетто (см. табл. 10.26). Контролируют натяжение болтов при помощи специальных динамометрических ключей (с контролем крутящего момента М) или тарированным гайковертом (с контролем угла поворота гайки a) Для изготовления высокопрочных болтов применяют легированные стали, так как они обладают хорошей прокаливаемостью, что обеспечивает более равномерное распределение механических свойств по сечению болта после его термической обработки (закалки и отпуска). Таблица 10.28 Механические свойства высокопрочных болтов по ГОСТ 22356 – 77*

Номинальный диаметр резьбы d, мм Стали по ГОСТ 4543-71* Наименьшее временное сопротивление Rbun, H/мм 2
От 16 до 27 40Х «селект» 1100
З0Х3МФ 30Х2НМФА 1350
30 40Х «селект» 950
30Х3МФ, 35Х2АФ 1200
36 40Х «селект» 750
30Х3МФ 1100
42 40Х «селект» 650
30Х3МФ 1000
48 40Х «селект» 600
30Х3МФ 900

Диаметры болтов во фрикционном соединении принимают не менее толщины наиболее толстого из соединяемых элементов. При большом количестве болтов в соединении их диаметр назначают возможно большим. Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле где – коэффициент трения, принимаемый по табл. 10.29 в зависимости от способа обработки поверхности (огневую обработку поверхности разрешают применять при толщинах металла не менее 5 мм); – коэффициент надежности соединения (табл. 10.29), зависящий от характера нагрузки, воспринимаемой соединением, разности номинальных диаметров отверстий и болтов, способов контроля натяжения болтов и обработки поверхностей соединяемых деталей; gb – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным 0,8 при n < 5; 0,9 при 5 £ n < 10; 1,0 при n ³ 10. Таблица 10.29 Коэффициенты трения m и надежности gh

Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей Способ регулирования натяжения болтов по Коэффициент трения m Коэффициенты gh при нагрузке и при разности номинальных диаметров отверстий и болтов d, мм
динамической и при d = 3…6; статической и при d = 5…6 динамической и при d = 1; статической и при d = 1…4
1. Дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации М a 0,58 0,58 1,35 1,20 1,12 1,02
2. Дробеметный или дробеструйный двух поверхностей с консервацией М a 0,50 0,50 1,35 1,20 1,12 1,02
3. Дробью одной поверхности с консервацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порошком, стальными щетками без консервации – другой поверхности М a 0,50 0,50 1,35 1,20 1,12 1,02
4. Газопламенный двух поверхностей без консервации М a 0,42 0,42 1,35 1,20 1,12 1,02
5. Стальными щетками двух поверхностей без консервации М a 0,35 0,35 1,35 1,25 1,17 1,06
6. Без обработки М a 0,25 0,25 1,70 1,50 1,30 1,20

П р и м е ч а н и я: 1. Способ регулирования натяжения болтов по М означает регулирование по моменту закручивания, а по a – по углу поворота гайки. 2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения m не ниже указанных в таблице. Необходимое количество n высокопрочных болтов в соединении для восприятия продольной силы N определяют по формуле где k – количество поверхностей трения соединяемых элементов. gс – коэффициент условий работы элемента конструкции. Площади сечения накладок должны быть не меньше площади сечения перекрываемых ими элементов. Высокопрочные болты и их площади сечения, рекомендуемые к применению в конструкциях средней мощности, приведены в табл. 10.26. Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под высокопрочные болты, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует производить: при динамических нагрузках – по площади сечения нетто An, при статических нагрузках – по площади сечения брутто А при An ³ 0,85A либо по условной площади Ac = 1,18An при An < 0,85A. Пример 10.12. По исходным данным примера 10.11 рассчитать фрикционное болтовое соединение на высокопрочных болтах. Стык осуществляем высокопрочными болтами из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление Rbun = 1100 МПа = 110 кН/см 2 (см. табл. 10.28). Болты db = 20 мм, диаметры отверстий под болты – d = 22 мм. Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов – по моменту закручивания M. Способ обработки поверхностей – стальными щетками без консервации. Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом: Qbh = Rbh γb Abn μ / γh = 77 ∙ 1 ∙ 2,45 ∙ 0,35 / 1,17 = 56,43 кН, где Rbh = 0,7Rbun = 0,7 ∙ 110 = 77 кН/см 2 – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; – площадь сечения нетто болта db = 20 мм (см. табл. 10.26); – коэффициент трения (см. табл. 10.29); Рекомендуем посмотреть лекцию «3.1. Общие сведения об Интернет». – коэффициент надежности (см. табл. 10.29); gb = 1,0 – коэффициент условий работы соединения (см. табл. 10.27). Количество болтов n на каждую сторону от центра стыка где k = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов. Принимаем 9 болтов.

Методы испытания болтовых соединений

На болтах, как правило, соединяют металлические и железобетонные конструкции. Испытания болтовых соединений проводят для того, чтобы оценить прочность и другие характеристики крепежа, его устойчивость к различным воздействиям. Проверку должны проводить специалисты аккредитованных строительных лабораторий. Контроль качества соединений выполняется согласно установленным стандартам с применением современного оборудования и измерительных приборов в лабораторных и полевых условиях.

Характеристики и типы болтовых соединений

Для соединения металлоконструкций применяют болты разных классов точности: А, В, и С, при этом Класс А является наиболее точным, а класс С – наименее (ГОСТ ISO 4759-1-2015). Область применения и характеристики болтов различаются:

  • Болты с классом точности А применяются для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах, или по кондукторам в отдельных элементах и деталях, или просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующей рассверловкой до проектного диаметра в собранных элементах.
  • Болты с классом точности В применяются в соединениях, в которых эти болты, преимущественно, работают на растяжение. Их устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра болта.
  • Болты с классом точности С устанавливаются конструктивно без предварительных расчетов. Используют их для отверстий, диаметр которых на 2-3 мм больше диаметра стержня болта.

Сборка болтовых соединений выполняется поэтапно. Сначала подготавливают стыкуемые поверхности, затем совмещают отверстия под крепеж, предварительно стягивают детали стыка, если нужно, рассверливают отверстия до размера, установленного в проекте, монтируют болты и окончательно собирают соединение.

Болтовые соединения применяют повсеместно при монтажных работах, где не используется сварка. Главный тип болтовых соединений – на накладках. В строительстве преимущественно используют многоболтовые соединения. По принципу работы можно разделить соединения на те, в которых отсутствует или, наоборот, возникает сдвиг между соединяемыми элементами. Соединения, где отсутствует сдвиг, выполняют на болтах нормальной, повышенной и грубой точности (классы В, А и С соответственно). Во втором случае крепление делают на высокопрочных болтах.

Прочность соединений напрямую зависит от типа болтов, материала изготовления крепежа и соединяемых конструкций, от метода, которым были образованы отверстия. Отверстия, в свою очередь, выполняют:

  • способом сверления, в этом случае они имеют гладкие края;
  • методом продавливания в прессе, в этом случае возникают надрывы, наклепы и заусенцы металла;
  • способом продавливания с последующим рассверливанием.

Болтовые соединения применяют как в обычных конструкциях, так и в конструкциях, которые воспринимают динамические нагрузки. Не ответственные конструкции работают без полноценной нагрузки. Особо строгих требований по прочности к крепежу таких изделий не предъявляется. К ответственным конструкциям относятся:

  • Механизмы и узлы машин, например, системы передачи, силовые установки, приводы.
  • Капитальные и несущие строительные конструкции.
  • Системы безопасности, в частности, страховочные и такелажные приборы.
  • Транспортные средства и подъемные механизмы.

При проектировании ответственных конструкций обязательно проводят испытания болтовых соединений. Их подвергают расчетам, приводят в соответствие требованиям установленных стандартов. О том, какие испытания проводятся, поговорим дальше.

Классы прочности болтов

Главный параметр, который определяют при оценке качества металла, — это класс прочности. Его указывают в виде двух цифр на головке изделия. Например, рассмотрим болт с классом прочности 10.9. В данном случае 10 – 1/100 номинального значения временного сопротивления разрыву в Н/мм2. Вторая цифра – 9 – это 1/10 отношения номинального значения предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Значение предела текучести мы можем получить, перемножив между собой первое и второе значение. Получается, что предел текучести металла данного класса изделия должен быть не ниже 900 МПа.

Виды испытаний болтовых соединений

Болтовые соединения испытывают разными способами, чтобы определить различные параметры и свойства крепежа. Рассмотрим подробнее типы испытаний, которые выполняют специалисты строительных лабораторий.

Испытание на растяжение

Испытание на растяжение проводится по ГОСТ Р 52627 на обработанных образцах. Проверка выполняется для определения ряда механических свойств – предел прочности на растяжение, предела текучести, относительное удлинение при разрыве, относительное сужение при разрыве. При вытачивании образца из болта, прошедшего термообработку с диаметром резьбы, превышающей 16 мм, допустимо уменьшение диаметра стержня не больше чем на 25%. Полученные показатели позволяют достоверно определить класс прочности болта.

При испытании на растяжение целых болтов определяется предел прочности на растяжение. Показатель рассчитывают по площади поперечного сечения. Длина нагруженной резьбовой части при этом должна равняться одному диаметру резьбы. Изделие будет считаться выдержавшим испытание, если разрушение произойдет по резьбе или по стержню. Если разрушится место соединения головки со стержнем, крепеж будет считаться не прошедшим тест. Скорость нагружения определяется свободно движущимся ползуном, но она не должна быть больше 25 мм в минуту. Чтобы избежать бокового нагружения, используют самоцентрирующиеся зажимы разрывного оборудования.

Определение твердости болтовых соединений

При стандартном испытании твердость болтов определяют на головке, стержне или торце, после того как образец подготовят и удалят покрытие. Если показатели превышают максимально допустимый предел, проводится вторичный замер, но уже на поперечном сечении. При этом он выполняется в точке, удаленной от поверхности на половину радиуса и расположенной на расстоянии одного диаметра от торца стержня. Если сомнения остаются, проверка проводится по Виккерсу при HV 0,3. Твердость измеряют на гранях и торцах, которые слегка полируют или шлифуют. Если показатель превышен более чем на 30 единиц, это указывает на науглероживание.

Для болтовых соединений с классом прочности от 8.8 до 12.9 решающей является разность между твердостью поверхности и сердцевины. По ней определяют состояние науглероживания в поверхности болта.

Испытание пробной нагрузкой

Тест проводится в два основных этапа. Сначала выполняется приложение заданной пробной нагрузки, а затем – измерение остаточного удлинения, которое возникает под действием пробной нагрузки.

Нагрузку прикладывают по оси болта на разрывной машине и выдерживают на протяжении 15 секунд. Длина свободной части резьбы, которая находится под нагрузкой, равняется 6 шагам резьбы.

Чтобы измерить остаточное удлинение, просверливают отверстия с конусом 60 градусов по центру болта. Изделие до и после приложения пробной нагрузки устанавливают на призму в измерительный прибор. Внутри прибора находятся измерительные штифы с концами в форме сферы. Чтобы свести погрешность до минимального уровня, при измерениях используют щипцы или перчатки. Длина крепежа после испытания должна оставаться неизменной. Допускается ± 12,5 мкм погрешности. Скорость нагрузки при этом не может превышать 3 мм в минуту. В целях исключения бокового нагружения используется машина с самоцентрирующимися захватами.

Ввиду того, что в ходе испытания на точность результатов оказывают влияние непостоянные величины, наподобие отклонений от прямолинейности, соосности, при первоначальном нагружении показатель удлинения может превысить допустимые значения. Поэтому изделие испытывают повторно, увеличивая нагрузку на 3%. Если после повторного нагружения длина крепежа в сравнении с результатом после первого нагружения не меняется, итог испытания считается удовлетворительным.

Испытание на разрыв по косой шайбе

Испытание болтов на разрыв по косой шайбе проводят в соответствии с ГОСТ Р 52627. Косую шайбу устанавливают под головкой болта. До того, как болт разрушится, проводят испытание на растяжение. Изделие считается прошедшим тест, если разрыв произошел на резьбе или в стержне, но не в месте соединения головки и стержня. При проверке на разрыв придерживаются требований по минимальному временному сопротивлению. Значения варьируются в зависимости от класса прочности болтовых соединений.

Определение ударной вязкости

Испытание выполняют по ГОСТ 9454-78 на образцах с U-образным надрезом, вырезанных из ботов в продольном направлении. Надрезанную сторону располагают близко к поверхности болта. Испытывают изделия с диаметром d>M l6.

Ударному изгибу подвергают стандартный образец в форме призматического бруска, надрез посередине имеет глубину 2 мм, делают его с помощью шлифовального круга. Исследование выполняют на маятниковом копре. Прибор имеет тяжелое основание, на котором установлены две стойки из металла, поддерживающие ось, вращающуюся в шариковых подшипниках.

Во время теста образец кладут на опоры станины копра таким образом, чтобы надрез находился против острия ножа маятника со стороны, которая противоположна удару. Затем маятник поднимают на определенную высоту, фиксируют, а стрелку шкалы ставят на 0. Далее маятник освобождают, он падает, ударяет по образцу. В итоге тот разрушается. Ударную вязкость определяют по отношению работы, поглощенной при разрушении образцов, к площади его поперечного сечения в месте надреза.

Определение прочности соединения головки и стержня

При испытании по головке болта выполняют удары молотком. После нескольких ударов она должна согнуться на угол 90 градусов. При этом трещин в округлении под головкой быть не должно. Болты считают выдержавшими испытания, даже если трещины появятся в первом витке резьбы. Но головка при этом не должна оторваться. Исследованию подвергают крепеж с диаметром d

Определение коэффициента закручивания

Болтовой комплект устанавливают в специальное устройство, которое фиксирует напряжение в теле болта. Далее болтокомплект затягивают и измеряют усилие натяжения, угол поворота между болтом и гайкой, удлинение изделия, крутящий момент. Коэффициент закручивания вычисляют посредством измерения фактического крутящего момента, который приложен к гайке в момент достижения нормативного растягивающего усилия в теле болта.

При выполнении болтовых соединений на ответственных конструкциях, требования к крепежу чрезвычайно высоки, поэтому результаты испытаний в данном случае должны быть корректными и точными. Чтобы избежать ошибок и получить достоверные сведения о свойствах и характеристиках соединений, необходимо обращаться к профессионалам – в специализированные строительные лаборатории.

Проверка болтовых соединений

Проверка болтовых соединений заключается в анализе моментов затяжки, зазоров, состояния крепежа специальным динамометрическим ключом.

Проверка болтовых соединений

Услуга наиболее востребована на таких объектах как мосты, склады, складские помещения и производственные здания.

Производится обследование болтовых соединений на металлических каркасах с определенной периодичностью, в зависимости от функционального назначения помещения и условий работы в нём.

Техническое заключение от А-ЭКСПЕРТ по результатам обследования болтовых соединений содержит не только информацию о состоянии болтов, но и эскиз их расположения на план-схеме конструкций. Если по какой-то причине затяжку осуществить не удается, экспертом в заключении отмечаются болты, подлежащие замене.

Независимая, профессиональная экспертиза строительных конструкций, проверка болтовых соединений необходимое требование регламента правил безопасной эксплуатации зданий и сооружений, выполнения строительно-монтажных работ.

Независимая проверка затяжки болтовых соединений необходима в следующих случаях:

  • подтверждение качества отдельных этапов строительных, монтажных, ремонтных работ;
  • плановая проверка металлоконструкций на соответствие требованиям техники безопасности выполняется при сезонном обследовании отдельных конструкций зданий и сооружений, испытывающих высокие механические, вибрационные, динамические нагрузки (ограждения балконов, террас, козырьков, навесов, отдельные элементы сборных ангаров);
  • подтверждение соответствия правилам эксплуатации грузоподъемного оборудования (башенных кранов, лебедок, другого такелажного оборудования);
  • ультразвуковой контроль, дефектоскопия болтовых соединений грузоподъемных механизмов неразрушающим методом в соответствии с нормативами ИСО 2400 и ИСО 7963;
  • экспертная оценка, проверка качества болтовых соединений в зданиях и сооружениях подлежащих капитальному или плановому ремонту, реконструкции, модернизации;
  • лабораторные исследования качества метизов, используемых при строительстве объекта, на соответствие установленным проектным стандартам;
  • проверка качества закрепления элементов инженерных коммуникаций (систем кондиционирования, отопления, электроснабжения, связи);
  • экспертиза качества установки рекламных конструкций, инсталляций;
  • экспертиза качества монтажа наружной отделки, утепления;
  • выявление нарушений подрядчиком договорных обязательств, завышения сметной стоимости работ и материалов по строительному объекту.

Экспертиза болтовых соединений

Комплекс работ определяется экспертом после осмотра объекта, изучения проектной документации, обсуждения с заказчиком целей и назначения планируемой экспертизы и проверки состояния болтовых соединений.

Проведение экспертных исследований выполняется в соответствии с СП 13-102-2003, ГОСТ Р 52643-2006, 26433.2-94, требованиями Градостроительного кодекса РФ, ФЗ-184 от 27.12.2002, ФЗ-384 от 30.12.2009, Приказа № 624 от 30 .12. 2009, СП 70.13330.2012, СНиП 3.03.01-87, СТО 0051-2011, отраслевых требований и нормативов.

Параметры проверки болтовых соединений строительных конструкций

Проверка качества болтовых соединений включает экспертизу контактных поверхностей, определение параметров натяжения болтов, проверку плотности стянутого пакета, дефектоскопию метизов.

Экспертиза контактных поверхностей определяет плотность прилегания соединяемых элементов, качество фиксации, целостность прокладок, уплотнителей, шайб, наличие сколов, трещин, коррозии, механических и химических деформаций, разрушение защитного герметического покрытия.

Проверка качества болтовых соединений определяет:

  • длину, диаметр, сортамент болтов;
  • наличие заводской маркировки, соответствие маркировки параметрам, заявленным в спецификации, проектных документах;
  • стандарты монтажа шайб;
  • количество витков, выступающих за гайку;
  • угол поворота гайки – допустимое отклонение при двухстадийном натяжении ±15 градусов, при одностадийном ±30 градусов;
  • наличие фасок;
  • выявление признаков ослабления болтового соединения (ржавчина, истирание краски, отсутствие герметизации);
  • оценка эксплуатационных сдвигов, деформаций соединения, растянутости ниток резьбы;
  • выявление болтовых соединений, не соответствующих проектным требованиям – применение метизов с разным защитным покрытием, с различными техническими характеристиками, не соответствующими проектным требованиям.

Проверка болтов

Проверка затяжки болтовых соединений динамометрическим ключом для определения фактических параметров осевого усилия натяжения по моменту закручивания:

  • если выявлено, что нет повышения параметров крутящего момента при тестировании соединения, то крепеж нужно заменить полностью;
  • в конструкциях, эксплуатируемых при высоких динамических, механических, вибрационных нагрузках, в узлах, с количеством болтов до пяти, проверяется каждый крепеж;
  • проверка болтовых соединений в слабонагруженных конструкциях, с количеством болтов больше пяти – выполняется экспертиза 15 процентов соединений, если проектом не предусмотрены другие плановые испытания конструкций.

Параметры момента закручивания должны соответствовать расчетам, выполняемым по формуле

где Р – проектная величина натяжения;

db − диаметр;

Кз − коэффициент закручивания;

Кн = коэффициент надежности, принимаемый как 1,05.

Кз принято равным 0,17 для метизов, изготовленных по ГОСТ Р 52643, 52644, 52645, 52646, для других крепежей, изготовленных по стандартам ИСО, ТУ, величина К3 рассчитывается на основании данных сертификата производителя.

Допускается фактическое превышение расчетных параметров не более чем на 10 процентов.

Если при проверке динамометрическим ключом выявлено несоответствие параметров в одном соединении, то проверке подлежат все болты данной конструкции. Натяжение всех болтовых соединений должно соответствовать проектным требованиям.

Качество и плотность стяжки пакета проверяется щупом напротив болтового соединения:

  • между соединяемыми элементами – проверка щупом 0,3 мм;
  • между фланцами – исследование щупом 0,1 мм.

Обследование болтовых соединений

Качество затяжки болтового соединения по оси принимается, если щуп не проникает в зону радиусом 1,3 диаметра отверстия.

Кроме визуального, инструментального, измерительного контроля проверка состояния болтовых соединений может быть выполнена неразрушающим методом ультразвукового контроля, в случаях, если доступ к соединению невозможен или ограничен.

Для подтверждения качества используемых в конструкциях метизов, соответствия техническим нормативам выполняется изъятие образцов, лабораторный контроль крепежа.

Как проводится проверка?

Эксперты в назначенное время выезжают на объект. Для осмотра конструкций на высоте используются леса, люльки, снаряжение для альпинистов. При этом соблюдаются все требования техники безопасности, проводятся необходимые инструктажи.

В работе используют динамометрический ключ, оборудование для фиксации состояния крепежей.

На месте составляется акт осмотра и эскиз расположения болтов. После камеральной обработки и необходимых расчетов, клиенту предоставляется готовое техническое заключение по результатам проверки болтовых соединений.

Результаты экспертизы

На основании всех экспертных исследований составляется акт проверки болтовых соединений, в котором фиксируется:

  • нарушения проектных требований;
  • нарушения требований, указанных в договоре на строительно-монтажные работы;
  • наличие завышения объемов работ, расхода материалов, калькуляции сметных расходов;
  • несоответствие качества метизов требуемым техническим параметрам;
  • фиксация дефектов болтовых соединений (фото, видео, результаты инструментальных, измерительных, лабораторных исследований);
  • дефектная ведомость на каждую строительную конструкцию;
  • указание причин дефектов болтовых соединений.

К акту проверки болтовых соединений прилагаются результаты поверочных вычислений, конструкторских расчетов, дефектная ведомость. При необходимости экспертная оценка может установить сметную оценку стоимости ремонтно-восстановительных работ, разработать профессиональные рекомендации по экономически выгодному и целесообразному устранению недостатков.

Для оперативного обращения в «А-эксперт» звоните:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *