Расчетные сопротивления соединений

Расчетные сопротивления соединений

4.1 Расчетные сопротивления одноболтовых соединений срезу R_{b s} и растяжению R_bt, следует определять по формулам, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Напряженное состояние	Условное обозначение	Расчетные формулы для болтов классов прочности
5.6	5.8	8.8	10.9	высокопрочные
Срез	Rbs	0,38 Rbum	0,4 Rbum
Растяжение	Rbt	0,42 Rbum	0,4 Rbum	0,5 Rbum
Rbum - нормативное сопротивление стали болтов, принимаемое равным временному сопротивлению σb , по стандартам на болты.

4.2 Расчетные сопротивления одноболтовых соединений смятию соединяемых элементов R_bp из стали с пределом текучести до 440 МПа следует определять по формулам, приведенным в табл. 2.

Таблица 2

Группа конструкций по СТО-0031-2004	Расчетные формулы одноболтовых соединений по смятию Rbp при расстояниях а вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия
а≥3 d0	2 d0 ≤a<3 d0	1,5 d0 ≤a<2 d0
	0,94 Run	0,94 Run	0,94 Run
	1,48 Run	1,48 Run	1,17 Run
	1,58 Run	1,48 Run	1,17 Run
Run - временное сопротивление стали соединяемых элементов разрыву; d0 - номинальный диаметр отверстия.

4.3 Болты в соединениях следует размещать в соответствии с табл. 3

Таблица 3

Характеристика расстояния при размещении болтов	Величина расстояния
1 Расстояние между центрами отверстий в любом направлении для всех видов соединений: а) минимальное б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии	2 d0,* 8 d0 или 12 t
в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков: - при растяжении - при сжатии	16 d0 или 24 t 12 d0 или 18 t
2 Расстояние от центра отверстия до края элемента: а) минимальное вдоль усилия б) то же, поперек усилия: - при обрезных кромках - при прокатных кромках в) максимальное г) минимальное для фрикционных соединений при любой кромке и любом направлении усилия	1,5 d0 ** 1,5 d0 1,2 d0 4 do или 8 t 1,3 do
В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальные расстояния следует принимать: * - между центрами отверстий 3 do; ** - от центра отверстия до края элемента вдоль усилия 2,5 do.

Номинальные диаметры отверстий для болтов различных диаметров приведены в таблице 4.

Таблица 4

Вид соединений	Номинальные диаметры отверстий, мм при диаметре стержня болта, мм
Фрикционные
Срезные и фрикционно-срезные
Фланцевые	-	-		-
-	-		-

В срезных и фрикционно-срезных соединениях резьба болта должна находиться вне отверстия или в отверстии на глубине не более половины толщины прилегающего к гайке элемента.

Срезные соединения

При действии продольной силы, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным. При действии на соединение изгибающего момента распределение усилий между болтами следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до оси рассматриваемого болта (при треугольных эпюрах распределения усилий между болтами).

Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и изгибающего момента, необходимо проверять на равнодействующее усилие.

5.3 Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формулам:

на срез - N_bs=R_bs·y_bs·A_b·n_s (1)

на смятие - N_bp=R_bp·γ_1·γ_2·∑t_·d_b (2)

R_bs - принимается по табл.1;

R_bP - принимается по табл. 2;

γ_bs; γ₁ - коэффициенты условий работы соединения, зависящие от разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ и принимаемые равными:

γ_bs - 0,9 - при δ = 1,0÷3,0 мм,

1,0 - при δ ≤ 0,3 мм;

γ₁ - 0,90 - при δ = 3,0 мм,

0,95 - при δ = 2,0 мм,

1,00 -при δ =1,0мм,

1,05 - при δ ≤ 0,3 мм;

γ₂ - коэффициент условий работы соединения, зависящий от расстояний между центрами отверстий и от края элемента до центра ближайшего отверстия и принимаемый по табл. 5;

A_b - площадь сечения болта;

n_s - число расчетных срезов одного болта;

∑t - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

d_b - номинальный диаметр болта.

Таблица 5

Расстояние b между центрами отверстий	Расстояние a от края элемента до центра ближайшего отверстия	Коэффициент условий работы соединения γ 2
2,0 d0 ≤ b < 2,5 d0	l,5 d0 ≤ a < 2,0 d0	0,90
2,5 d0 ≤ b <3,0 d0	2,0 d0 ≤ a <2,5 d0	0,95
3,0 d0 ≤ b <3,5 d0	2,5 d0 ≤ a <3,0 d0	1,00
b ≥ 3,5 d0	а ≥ 3,0 d0	1,05
d0 - номинальный диаметр отверстия.

В многорядных (вдоль усилия) соединениях при значениях расстояний b, промежуточных между указанными в табл. 5, коэффициент γ₂ следует определять линейной интерполяцией.

5.4 Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

(3)

N_min - меньшее из значений расчетных усилий N_bs и N_bp для одного болта, вычисленных по формулам (1) и (2).

5.5 В креплениях одного элемента к другому через прокладки, а также в креплениях с односторонней накладкой количество болтов должно быть увеличено против расчета на 10%.

Фрикционные соединения

Фрикционные соединения следует рассчитывать в предположении передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов от натяжения болтов на расчетное усилие.

При действии продольной силы, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным. При действии на соединение изгибающего момента, распределение усилий между болтами следует принимать равномерным (при прямоугольных эпюрах распределения усилий между болтами).

6.3 Расчетное усилие Q_bh,, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним болтом, следует определять по формуле

(4)

μ - коэффициент трения, принимаемый по табл. 6;

γ_h - коэффициент надежности, принимаемый по табл. 6;

γ_b - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n, необходимых для восприятия расчетного усилия, принимаемый равным:

0,8 при n < 5,

0,9 при 5≤ n <10,

1,0 при n ≥ 10;

р - усилие предварительного натяжения болтов, определяемое по формуле

p=R_{bh ∙} A_bn (5)

R_bh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов при их предварительном натяжении;

A_bn - площадь сечения болта нетто

R_bh= 0,7 R_bun (6)

Таблица 6

Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей	Коэффициент трения, μ	Коэффициенты γh при нагрузке и при разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ, мм
динамической и при δ = 3÷6; статической и при δ ÷6	динамической и при δ =1; статической и при δ = 1÷4
1 Дробеметный, дробеструйный или пескоструйный двух поверхностей без консервации	0,58	1,35	1,12
2 То же, с консервацией (металлизацией распылением цинка или алюминия)	0,50	1,35	1,12
3 Газопламенный двух поверхностей без консервации	0,42	1,35	1,12
4 Дробеметный, дробеструйный или пескоструйный одной поверхности, стальными щетками - другой поверхности	0,42	1,35	1,12
5 Стальными щетками двух поверхностей без консервации	0,35	1,35	1,17
6 Без обработки или с консервацией грунтом	0,25	1,70	1,30
7 Окрашенные поверхности	0,18	1,70	1,30

После дробеметной, дробеструйной или пескоструйной обработки контактных поверхностей на заводе-изготовителе металлоконструкций, повторную обработку на монтаже допускается производить стальными щетками по истечении не более 12 месяцев. При этом расчетное значение коэффициента трения принимается равным μ = 0,42, yh - как для газопламенного способа очистки.

Для конструкций с цинковым покрытием из расплава, с последующей очисткой на монтаже стальными щетками, расчетное значение коэффициента трения принимается равным μ = 0,35, y_h, - как для способа очистки стальными щетками.

6.4 Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

(7)

n_f - количество поверхностей трения соединяемых элементов.

6.5 Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под болты, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящегося на каждый болт в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует производить: при динамических нагрузках - по площади сечения нетто А_n „ при статических нагрузках - по площади сечения брутто А при А_n ≥ 0,85А либо по условной площади А_с = 1,18А„ при А_n < 0,85А.

6.6 Расчет на выносливость фрикционных соединений следует выполнять в соответствии с требованиями п. 9.2 СНиП II-23-81*, относя эти элементы к 1-й группе конструкций табл. 2

6.7 В двухсрезных фрикционных соединениях, воспринимающих статические нагрузки, допускается применение в средних элементах увеличенных до d_0H < d_oc ≤ 1,3 d_0H или овальных отверстий с большой осью овала до 2,5 d_OH, при этом расчетное усилие Q_bh следует определять по формуле

(8)

γ_f - коэффициент, зависящий от формы и размеров отверстий, принимаемый равным:

0,87 - при d _oc ≤ l,3 d_0H или овальных отверстий с большой осью овала до 1,45 d_OH;

0,70 - при овальных отверстиях с большой осью овала до 2,5 d_OH;

γ_δ - коэффициент, зависящий от толщины накладок в двухсрезных соединениях, принимаемый равным:

1,0 - при толщине накладок t ≥ 0,7 d_OH,

0,95 - при 0,6 d_OH ≤ t < 0,7 d_OH,

0,84 - при 0,4 d_OH ≤ t < 0,64 d_{OH ;}

d_OH - номинальный диаметр отверстий в накладках;

d_oc - номинальный диаметр отверстий в средних элементах.

Расчет фрикционно-срезных соединений предусмотрен с учетом критерия деформативности, исходя из условия ограничения жесткости соединений величиной пластических деформаций соединяемых элементов, не превышающих 1,0 мм при воздействии динамических и 3,5 мм - статических нагрузок.

На смятие с учетом трения

(9)

N_bp - расчетное усилие на смятие, определяемое по формуле (2).

Q_bh - расчетное усилие, воспринимаемое силами трения, определяемое по формуле (4);

К_u - коэффициент, учитывающий снижение предварительного натяжения болтов после общего сдвига в соединении, принимаемый равным:

0,9 - при разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ ≤ 0,3 мм;

0,85 -при δ = 1,0мм;

0,80 - при δ = 2,0 мм;

0,75 - при δ = 3,0 мм;

n_f - количество поверхностей трения соединяемых элементов.

7.5 Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

(10)

N_min - меньшее из значений расчетных усилий N_bs и N_bh Для одного болта, вычисленных по формулам (1) и (9).

Фланцевые соединения

8.1 Рекомендации настоящего раздела следует соблюдать при проектировании, изготовлении и монтажной сборке фланцевых соединений элементов открытого профиля (двутавров, тавров, швеллеров и т.п.) стальных конструкций производственных зданий, подверженных растяжению, растяжению с изгибом при однозначной эпюре растягивающих напряжений σ_min/σ_шах ≥ 0,5), а также действию местных поперечных усилий.

Рекомендации не распространяются на фланцевые соединения: воспринимающие знакопеременные нагрузки, а также многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с числом циклов свыше 10⁵ при коэффициенте асимметрии напряжений в соединяемых элементах р = σ_min/σ_шах ≤ 0,8;

Таблица 7

Диаметр болта	Толщина фланца, мм	Отношение внешнего усилия на один болт внутренней зоны к внешнему усилию на один болт наружной зоны к = Ni/Ne
М20		2,5
	1,7
	1,4
	1,2
М24		2,6
	1,8
	1,5
	1,1
М27		2,1
	1,7
	1,2

Болты следует располагать как можно ближе к элементам присоединяемого профиля, при этом (см. (рис. 1):

k_f +d_s/2+2≤b₁≤3,5d, мм; 12)

a≥0,8d_s

w≤5d,

где d_s - наружный диаметр шайбы, мм;

d - наружный диаметр стержня болта, мм.

8.7 Число болтов внутренней зоны определяет конструктивная форма соединения, а наружной зоны - предварительно назначается из условия

(13)

где n_е, n_i - число болтов соответственно наружной и внутренней зон;

N - внешнее усилие на фланцевое соединение.

8.8 Фланцевые соединения растянутых элементов конструкций проверяют расчетом на прочность:

болтов;

фланцев на изгиб;

соединения при воздействии поперечных усилий;

Рис. 1. Схема фланцевых соединений стропильных ферм с поясами

а - из широкополочных тавров; б - из парных равнополочных уголков

8.10 При расчете на прочность болтов и фланца, относящихся к наружной зоне, выделяют участки фланца, которые рассматривают как Т-образные фланцевые соединения шириной w (см. рис. 1).

Таблица 8

Отношение толщины фланца к диаметру болта t/d	Коэффициенты
а	β
0,83	0,336	0,207
1,04	0,388	0,257
1,25	0,425	0,278
1,46	0,470	0,270
1,67	0,527	0,239

w_j - ширина j -го участка фланца (см. рис. 1);

t - толщина фланца;

N_fj - расчетное усилие на j -й болт, определяемое из условия прочности фланца на изгиб

, (18)

- параметр, определяемый по формуле

,

- параметр, определяемый по табл. 9 или из уравнения

(19)

R_y - расчетное сопротивление стали фланца.

Таблица 9

Параметр жесткости болта χi	Значения уi, при μi, равном
1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,7	3,0	4,0	5,0
0,02	3,252	2,593	2,221	1,986	1,826	1,710	1,586	1,499	1,333	1,250
0,06	2,960	2,481	2,171	1,962	1,812	1,702	1,582	1,497	1,333	1,250
0,1	2,782	2,398	2,130	1,939	1,799	1,694	1,578	1,494	1,332	1,249
0,5	2,186	2,036	1,908	1,776	1,711	1,636	1,545	1,475	1,327	1,248
1,0	1,949	1,860	1,780	1,707	1,643	1,586	1,514	1,454	1,321	1,246
2,0	1,757	1,704	1,653	1,607	1,564	1,524	1,470	1,424	1,312	1,242
3,0	1,660	1,621	1,584	1,548	1,515	1,483	1,440	1.402	1,303	1,238
4,0	1,599	1,568	1,537	1,508	1,480	1,454	1,417	1,384	1,296	1,235
5,0	1,555	1,529	1,503	1,478	1,454	1,431	1,399	1,370	1,289	1,232
6,0	1,522	1,498	1,476	1,454	1,433	1,413	1,384	1,357	1,283	1,230
8,0	1,473	1,454	1,436	1,418	1,401	1,384	1,360	1,337	1,273	1,224
	1,438	1,422	1,406	1,391	1,377	1,362	1,341	1,322	1,264	1,219
	1,381	1,369	1,358	1,346	1,335	1,324	1,308	1,293	1,247	1,210

Расчетные сопротивления соединений

4.1 Расчетные сопротивления одноболтовых соединений срезу R_{b s} и растяжению R_bt, следует определять по формулам, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Напряженное состояние	Условное обозначение	Расчетные формулы для болтов классов прочности
5.6	5.8	8.8	10.9	высокопрочные
Срез	Rbs	0,38 Rbum	0,4 Rbum
Растяжение	Rbt	0,42 Rbum	0,4 Rbum	0,5 Rbum
Rbum - нормативное сопротивление стали болтов, принимаемое равным временному сопротивлению σb , по стандартам на болты.

4.2 Расчетные сопротивления одноболтовых соединений смятию соединяемых элементов R_bp из стали с пределом текучести до 440 МПа следует определять по формулам, приведенным в табл. 2.

Таблица 2

Группа конструкций по СТО-0031-2004	Расчетные формулы одноболтовых соединений по смятию Rbp при расстояниях а вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия
а≥3 d0	2 d0 ≤a<3 d0	1,5 d0 ≤a<2 d0
	0,94 Run	0,94 Run	0,94 Run
	1,48 Run	1,48 Run	1,17 Run
	1,58 Run	1,48 Run	1,17 Run
Run - временное сопротивление стали соединяемых элементов разрыву; d0 - номинальный диаметр отверстия.

4.3 Болты в соединениях следует размещать в соответствии с табл. 3

Таблица 3

Характеристика расстояния при размещении болтов	Величина расстояния
1 Расстояние между центрами отверстий в любом направлении для всех видов соединений: а) минимальное б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии	2 d0,* 8 d0 или 12 t
в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков: - при растяжении - при сжатии	16 d0 или 24 t 12 d0 или 18 t
2 Расстояние от центра отверстия до края элемента: а) минимальное вдоль усилия б) то же, поперек усилия: - при обрезных кромках - при прокатных кромках в) максимальное г) минимальное для фрикционных соединений при любой кромке и любом направлении усилия	1,5 d0 ** 1,5 d0 1,2 d0 4 do или 8 t 1,3 do
В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальные расстояния следует принимать: * - между центрами отверстий 3 do; ** - от центра отверстия до края элемента вдоль усилия 2,5 do.