где e – эксцентриситет приложения горизонтальной составляющей относительно центра фасонки. В данном примере нижняя фасонка запроектирована таким образом, что эксцентриситет отсутствует.
Принимаем kftsC = 0,5см, Тогда
τ = 120 / 2·0,7· 0,5 · 40 = 4,28кН/см2
σ= (171,4 / 2·0,7· 0,5 · 40) = 6,12 кН/см2
√4,282 + 6,122 = 7,47 кН/см2 ≤ 18 ·1· 1= 18 кН/см2.
Торцевые фасонки назначаем на 4см выше узловых.
Высота верхней торцевой фасонки:
aftA = 12+4 = 16см Высота нижней торцевой фасонки:
aftС = 40+4 = 44см Ширину фасонок назначим с учётом формулы:
|
σ = Мft / Wft = 3·PX ·bft / 4·aft·tft2 ≤ Ry ·γc |
(8) |
Толщину торцевых фасонок задаём
tft = (1,4 … 2) tsa = 14 … 20мм, назначаем 16мм. Задаём σ = Ry = 24 кН/см2
Требуемая ширина верхней фасонки
bftА = 18·4·16·1,62/3·171,4 = 5,7см.
Полученная ширина – это расстояние между отверстиями болтов,
которыми узел крепиться к стене.
Ширину нижней фасонки задаём по верхней.
Окончательно ширину торцевых фасонок назначим после расчёта диаметра и количества болтов, необходимых для крепления консоли.
Необходимое количество болтов для крепления верхнего узла
вычислим из формулы
n = PAX / Abn · Rbt,
Здесь Rbt = 17кН/см2 – расчётное сопротивление на растяжение болта класса 4.6.
Abn = 1,57см2 – площадь сечения болта Ø16мм, минимально допустимого для применения в строительстве
n = 171,4 / 1,57 · 17 = 6,5 (шт)
Чтобы не увеличивать размеры торцевой фасонки принимаем четыре болта Ø22мм, Abn = 3,03см2.
В нижнем узле главной является вертикальная сдвигающая сила PCY = 120кН. Необходимое количество болтов (Ø30мм, Abn = 5,6см2) для крепления нижнего узла вычислим из формулы
n = V / Abn · Rbt,
V = k · PCY / f
здесь V – прижимающее усилие, которое должен выдержать болт, k = 1,8 … 2,0 – коэф. запаса по сдвигу деталей,
f = 0,35 … 0,45 – коэф. трения стали по бетону2
V = 2 · 120 / 0,35 = 686кН n = 686 / 5,6· 17 = 7,2 (шт)
Принимаем 8 болтов Ø30мм.
Болты в нижней и верхней торцевых фасонках расставляем симметрично. При этом:
диаметры отверстий назначаем на 3мм больше диаметров болтов;
расстояния от края отверстия до края фасонки или до соседнего отверстия принимаем 2dbt;
расстояния от края отверстия до сварного шва — dbt.
С учётом расчётных данных завершаем конструирование консоли (рис.5).
2 СНиП II-22-81. КАМЕННЫЕ И АРМОКАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Сталь по кладке или бетону — 0,45 0,35
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
24.03.20152.69 Mб23МУ и тетрадь к курсовой по плодоводству.doc
- #
Стальные конструкции на строительной площадке почти всегда соединяются при помощи болтового соединения и у него есть много преимуществ перед другими способами соединения и прежде всего сварным соединением — это простота монтажа и контроля качества соединения.
Из недостатков можно отметить большую металлоемкость по сравнению со сварным соединением т.к. в большинстве случаев нужны накладки. Кроме того отверстие для болта ослабляет сечение.
Видов болтового соединения великое множество, но в данной статье рассмотрим классическое соединение, применяемое в строительных конструкций.
Нормативные документы и рекомендуемая литература по болтовым соединениям
СНиП II-23-81 Стальные конструкции
СП 16.13330.2017 Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНиП II-23-81)
СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции
СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)
СТО 0031-2004 Болтовые соединения. Сортамент и области применения
СТО 0041-2004 Болтовые соединения. Проектирование и расчет
СТО 0051-2006 Болтовые соединения. Изготовление и монтаж
Виды болтовых соединений
По числу болтов: одноболтовые и многоболтовые. Думаю смысл объяснять не нужно.
По характеру передачи усилия от одного элемента к другому:
Не сдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные). Чтобы понять смысл этой классификации рассмотрим как в общем случае работает болтовое соединение при работе на срез.
Как видим болт сжимает 2-е пластины и часть усилия воспринимается силами трения. Если болты сжимают пластины не достаточно сильно то происходит проскальзывание пластин и усилие Q воспринимается болтом.
Расчет не сдвигоустойчивых соединений подразумевает, что сила затяжки болтов не контролируется и вся нагрузка передается только через болт без учета возникающих сил трения. Такое соединение называют соединение без контролируемого натяжения болтов.
В сдвигоустойчивых или фрикционных соединениях используют высокопрочные болты которые затягивают пластины с такой силой, что нагрузка Q передается посредством сил трения между 2-мя пластинами. Такое соединение может быть фрикционным или фрикционно-срезным, в первом случае при расчете учитываются только силы трения, во втором учитываются силы трения и прочность болта на срез. Хотя и фрикционно-срезное соединение более экономичное, но практически его реализовать в многоболтовом соединении очень трудно — нет уверенности что все болты одновременно смогут нести нагрузку на срез, поэтому фрикционное соединение лучше рассчитывать без учета среза.
При больших сдвигающих нагрузках фрикционное соединение более предпочтительно т.к. металлоемкость данного соединения меньше.
Виды болтов по классу точности и их применение
Болты класса точности А — данные болты устанавливают в отверстия рассверленные на проектный диаметр (т.е. болт встает в отверстие без зазора). Изначально отверстия делают меньшего диаметра и поэтапно рассверливают до нужного диаметра. Диаметр отверстия в таких соединениях не должен быть больше диаметра болта больше чем на 0,3 мм. Сделать такое соединение крайне сложно, поэтому в строительных конструкциях они практически не используются.
Болты класса точности B (нормальной точности) и С (грубой точности) устанавливают в отверстия на 2-3 мм больше диаметров болтов. Разница между этими болтами заключается в погрешности диаметра болта. Для болтов класса точности B фактический диаметр может отклонится не более чем на 0,52 мм, для болтов класса точности C до 1 мм (для болтов диаметром до 30 мм).
Для строительных конструкций как правило применяют болты класса точности В т.к. в реалиях монтажа на строительной площадке добиться высокой точности практически невозможно.
Виды болтов по прочности и их применение
Для углеродистых сталей класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.
Существуют следующие классы прочности болтов: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.
Первая цифра в классификации предела прочности болтов обозначает предел прочности болта при растяжении — одна единица обозначает предел прочности в 100 МПа, т.е. предел прочности болта класса прочности 9.8 равен 9х100=900 МПа (90 кг/мм²).
Вторая цифра в классификации класса прочности обозначает отношение предела текучести к пределу прочности в десятках процентов — для болта класса прочности 9.8 предел текучести равен 80% от предела прочности, т.е. предел текучести равен 900 х 0.8 = 720 МПа.
Что означают данные цифры? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:
Здесь приведен общий случай испытания стали на растяжение. На горизонтальной оси обозначено изменение длины испытуемого образца, по вертикали — прилагаемое усилие. Как видим из диаграммы при увеличении усилия длина болта изменяется линейно только на участке от 0 до точки А, напряжение в этой точке и есть предел текучести, далее при не большом увеличении нагрузки болт растягивается уже сильнее, в точке Д болт ломается — это есть предел прочности. В строительных конструкциях необходимо обеспечить работу болтового соединения в пределах предела текучести.
Класс прочности болта должен быть указан на торцевой или боковой поверхности головки болта
Если на болтах нет маркировки, то скорее всего это болты класса прочности ниже 4.6 (их маркировка не требуется по ГОСТ). Применение болтов и гаек без маркировки запрещается согласно СНиП 3.03.01.
На высокопрочных болтах дополнительно указывается условное обозначение плавки.
Для применяемых болтов требуется применять соответствующие им классу прочности гайки: для болтов 4.6, 4.8 применяются гайки класса прочности 4, для болтов 5.6, 5.8 гайки класса прочности 5 и т.д. Можно заменить гайки одного класса прочности на более высокие (например если удобнее комплектовать на объект гайки одного класса прочности).
При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе прочности болтов: 4 – при 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при 12.9.
Для болтов из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности в кг/мм² — 50, 70, 80. Например А4-80: марка стали А4, прочность 80 кг/мм²=800 МПа.
Класс прочности болтов в строительных конструкциях следует определять согласно таблице Г.3 СП 16.13330.2017
Таблица Г.3
Требования к болтам при различных условиях их применения
(таблица Г.3 в ред. Изменения N 2, утв. Приказом
Минстроя России от 04.12.2019 N 769/пр)
| Расчетная температура
t, °C |
Класс прочности болтов и требования к ним (по НД) в конструкциях, | |||
| не рассчитываемых на усталость | рассчитываемых на усталость | |||
| при работе болтов на | ||||
| растяжение или срез | срез | растяжение или срез | срез | |
| ≥ -45 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 |
| — | 5.8 | — | — | |
| 8.8 | 8.8 | 8.8 | 8.8 | |
| 10.9 | 10.9 | 10.9 | 10.9 | |
| — | 12.9 | — | 12.9 | |
| -45 > t ≥ -55 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 |
| 8.8 | 8.8 | 8.8 <1> | 8.8 | |
| 0.9 | 10.9 | 10.9 <1> | 10.9 | |
| — | 12.9 | — | 12.9 | |
| < -55 | 5.6 | 5.6 | — | 5.6 |
| 8.8 <1> | 8.8 | 8.8 <1> | 8.8 | |
| 10.9 <1> | 10.9 | 10.9 <1> | 10.9 | |
| — | 12.9 | — | 12.9 | |
| <1> С требованием испытания на разрыв на косой шайбе. |
Рекомендуется использовать использовать более прочные болты, чтобы уменьшить его диаметр и соответственно меньше ослаблять сечение.
Выбор марки стали болта
Марку стали болтов следует назначать согласно таблице Г.4 СП 16.13330.2017
Таблица Г.4
Марки стали фундаментных болтов и условия их применения
|
Конструкции |
Нормативный документ | Марки стали при расчетной температуре , °С | ||
| ≥-45 | -45>t≥-55 |
<-55 |
||
|
Конструкции, кроме опор воздушных линий электропередачи, распределительных устройств и контактной сети |
ГОСТ 535 |
Ст3пс2,
Ст3сп2 |
Ст3пс4,
Ст3сп4 |
— — |
|
ГОСТ 1050 |
20 | — |
— |
|
| ГОСТ 19281 | — | 09Г2С-4* |
09Г2С-4* |
|
|
Для U-образных болтов, а также фундаментных болтов опор воздушных линий электропередачи, распределительных устройств и контактной сети |
ГОСТ 535 |
Ст3пс4,
Ст3сп4 |
—
— |
— — |
|
ГОСТ 19281 |
— | 09Г2С-4* |
09Г2С-6** |
|
| * Допускается применение других сталей по ГОСТ 19281 категории 4. ** Допускается применение других сталей по ГОСТ 19281 категории 6. |
Подбор диаметра болта для строительных конструкций
Для соединений строительных металлических конструкций следует применять болты с шестигранной головкой нормальной точности по ГОСТ 7798 или повышенной точности по ГОСТ 7805 с крупным шагом резьбы диаметров от 12 до 48 мм классов прочности 5.6, 5.8, 8.8 и 10.9 по ГОСТ 1759.4, шестигранные гайки нормальной точности по ГОСТ 5915 или повышенной точности по ГОСТ 5927 классов прочности 5, 8 и 10 по ГОСТ 1759.5, круглые шайбы к ним по ГОСТ 11371 исполнение 1 класса точности А, а также болты, гайки и шайбы высокопрочные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 диаметров 16, 20, 22, 24, 27, 30, 36, 42 и 48 мм.
Диаметр и количество болтов подбираются так, чтобы обеспечить необходимую прочность узла.
Если через соединение не передаются значительные нагрузки, то можно использовать болты М12. Для соединения нагруженных элементов рекомендуется использовать болты от М16, для фундаментов от М20.
Не рекомендуется применение соединений, в которых суммарная толщина соединяемых элементов превышает:
для болтов М12 — 40 мм;
для болтов М16 — 50 мм;
для болтов М20 — 60 мм;
для болтов М24 — 100 мм;
для болтов М27 — 140 мм.
Диаметр отверстия под болт
Для болтов класса точности А отверстия выполняют без зазора, но использовать такое соединение не рекомендуется ввиду большой сложности его изготовления. В строительных конструкциях, как правило, используют болты класса точности B.
Для болтов класса точности В диаметр отверстия можно определить по следующей таблице:
| Вид соединений | Номинальные диаметры отверстий, мм при диаметре стержня болта, мм | |||||
| 12 | 16 | 20 | 22 | 24 | 27 | |
| Фрикционные | 13 | 17 | 21 | 23 | 25 | 28 |
| 14 | 19 | 23 | 24 | 28 | 30 | |
| 15 | 20 | 24 | 26 | 30 | 33 | |
| Срезные и фрикционно-срезные | 13 | 17 | 21 | 24 | 26 | 28 |
| 14 | 18 | 22 | 25 | 27 | 29 | |
| 15 | 19 | 23 | — | 27 | 30 | |
| Фланцевые | — | — | 22 | — | 27 | 30 |
| — | — | 23 | — | 28 | 31 |
Расстояния при размещении болтов
Расстояния при размещении болтов следует принимать согласно таблице 40 СП 16.13330.2017
Таблица 40
|
Характеристика расстояния и предела текучести соединяемых элементов |
Расстояние при размещении болтов |
|
1 Расстояние между центрами отверстий для болтов в любом направлении: |
|
|
а) минимальное: |
|
|
при Ryn ≤ 375 Н/мм2 |
2,5d |
|
при Ryn > 375 Н/мм2 |
3d |
|
б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии |
8d или 12t |
|
в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков: |
|
|
при растяжении |
16d или 24t |
|
при сжатии |
12d или 18t |
|
2 Расстояние от центра отверстия для болта до края элемента |
|
|
а) минимальное вдоль усилия: |
|
|
при Ryn ≤ 375 Н/мм2 |
2d |
|
при Ryn > 375 Н/мм2 |
2,5d |
|
б) то же, поперек усилия: |
|
|
при обрезных кромках |
1,5d |
|
при прокатных кромках |
1,2d |
|
в) максимальное |
4d или 8t |
|
г) минимальное во фрикционном соединении при любой кромке и любом направлении усилия |
1,3d |
|
3 Расстояние минимальное между центрами отверстий вдоль усилия для болтов, размещаемых в шахматном порядке |
u + 1,5d |
| Обозначения, принятые в таблице 40:d — диаметр отверстия для болта;
t — толщина наиболее тонкого наружного элемента; u — расстояние поперек усилия между рядами отверстий. Примечания 1 Диаметр отверстий следует принимать: для болтов класса точности A — d = db; для болтов класса точности B в конструкциях опор ВЛ, ОРУ и КС — d = db + 1 мм, в остальных случаях — d = db + (1; 2 или 3 мм), где db — диаметр болта. 2 В одноболтовых соединениях элементов решетки (раскосов и распорок), кроме постоянно работающих на растяжение, при толщине элементов до 6 мм из стали с пределом текучести до 375 Н/мм2 расстояние от края элемента до центра отверстия вдоль усилия принимают 1,35d (без допуска при изготовлении элементов в сторону уменьшения, о чем должно быть указано в проекте). 3 При размещении болтов в шахматном порядке на расстоянии, не менее указанного в позиции 3, сечение элемента An следует определять с учетом ослабления его отверстиями, расположенными в одном сечении поперек усилия (не по зигзагу). |
В стыках и узлах болты необходимо располагать ближе друг к другу , а конструктивные соединительные болты (служащие для соединения деталей без передачи значимых нагрузок) на максимальных расстояниях.
Допускается крепить детали одним болтом.
Выбор длины болта
Длину болта определяем следующим образом: складываем толщины соединяемых элементов, толщины шайб и гаек, и добавляем 0,3d (30% от диаметра болта) и далее смотрим сортамент и подбираем ближайшую длину (с округлением в большую сторону). Согласно строительным нормам болт должен выступать из гайки как минимум на один виток. Слишком длинный болт использовать не получится т.к. резьба имеется только на конце болта.
Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей (из советского справочника)
В болтовых соединениях работающих на срез, при толщине наружного элемента до 8 мм, резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм. Если выбранная длина болта не соответствует этому требованию, то необходимо увеличить длину болта так, чтобы это требование выполнялось.
Приведем пример:
Болт работает на срез, толщина скрепляемых элементов 2х12 мм, согласно расчету принят болт диаметром 20 мм, толщина шайбы 3 мм, толщина пружинной шайбы 5 мм, толщина гайки 16 мм.
Минимальная длина болта равна: 2х12+3+5+16+0,3х20=54 мм, согласно ГОСТ 7798-70 выбираем болт М20х55. Длина нарезаной части болта составляет 46 мм, т.е. условие не удовлетворяется т.к. резьба должна входить вглубь отверстия не более чем на 5 мм, поэтому увеличиваем длину болта до 2х12+46-5=65 мм. Согласно нормам можно принять болт М20х65, но лучше использовать болт М20х70, тогда вся резьба будет вне отверстия. Пружинную шайбу можно заменить на обычную и добавить еще одну гайку (очень часто так делают т.к. применение пружинных шайб ограничено).
Мероприятия про предотвращению отвинчиванию болтов
Для того, чтобы крепление со временем не ослабло требуется использовать 2-ю гайку или стопорные шайбы, предотвращающие отвинчивание болтов и гаек. Если болт работает на растяжение, то необходимо использовать 2-ой болт.
Также есть специальные гайки со стопорным кольцом или фланцем.
Применять пружинные шайбы при овальных отверстиях запрещено.
Установка шайб
Под гайку необходимо устанавливать не более одной шайбы. Также допускается устанавливать одну шайбу под головкой болта.
Прочностной расчет болтового соединения
Болтовое соединение можно разделить на следующие категории:
1) соединение работающее на растяжение;
2) соединение работающее на срез;
3) соединение работающее на срез и растяжение;
4) фрикционное соединение (работающее на срез, но с сильным натяжением болтов)
Расчет болтового соединения, работающего на растяжение
В первом случае прочность болта проверяется по формуле 188 СП 16.13330.2017
где Nbt — несущая способность одного болта на растяжение;
Rbt — расчетное сопротивление болта на растяжение;
Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2017);
γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2017.
Расчет болтового соединения, работающего на срез
Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия:
расчет на срез по формуле 186 СП 16.13330.2017
где Nbs — несущая способность одного болта на срез;
Rbs — расчетное сопротивление болта на срез;
Ab — площадь сечения болта брутто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);
ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);
γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2017 (но не больше 1.0);
γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2017.
и расчет на смятие по формуле 187 СП 16.13330.2017
где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;
Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие;
db — наружный диаметр стрежня болта;
∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины, передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);
γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2017 (но не больше 1.0)
γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2017.
Расчетные сопротивления болтов можно определить по таблице Г.5 СП 16.13330.2017
Таблица Г.5
Нормативные сопротивления стали болтов и расчетные сопротивления одноболтовых соединений срезу и растяжению, Н/мм2
|
Класс прочности болтов |
Rbun | Rbyn | Rbs |
Rbt |
|
5.6 |
500 | 300 | 210 |
225 |
|
5.8 |
500 | 400 | 210 |
— |
|
8.8 |
830 | 664 | 332 |
451 |
| 10.9 | 1040 | 936 | 416 |
728 |
|
12.9 |
1220 | 1098 | 427 |
854 |
Расчетное сопротивление Rbp можно определить по таблице Г.6 СП 16.13330.2017
Таблица Г.6
Расчетные сопротивления смятию элементов,
соединяемых болтами
|
Временное сопротивление стали соединяемых элементов Run, Н/мм2 |
Расчетные сопротивления Rbp, Н/мм2, смятию элементов, соединяемых болтами класса точности | |
| A |
B |
|
|
360 |
560 |
475 |
|
370 |
580 |
485 |
|
380 |
590 |
500 |
|
390 |
610 |
515 |
|
430 |
670 |
565 |
|
440 |
685 |
580 |
|
450 |
700 |
595 |
|
460 |
720 |
605 |
|
470 |
735 |
620 |
|
480 |
750 |
630 |
|
490 |
765 |
645 |
|
510 |
795 |
670 |
|
540 |
845 |
710 |
|
570 |
890 |
750 |
|
590 |
920 |
775 |
| Примечание — Значения расчетных сопротивлений, указанные в таблице, вычислены по формулам раздела 4 с округлением до 5 Н/мм2. |
Расчетные площади сечения болтов можно определить по таблице Г.9 СП 16.13330.2017
Таблица Г.9
Площади сечения болтов
|
d, мм |
16 | (18) | 20 | (22) | 24 | (27) | 30 | 36 | 42 |
48 |
|
Ab, см2 |
2,01 | 2,54 | 3,14 | 3,80 | 4,52 | 5,72 | 7,06 | 10,17 | 13,85 |
18,09 |
|
Abn, см2 |
1,57 | 1,92 | 2,45 | 3,03 | 3,53 | 4,59 | 5,61 | 8,16 | 11,20 |
14,72 |
| Примечания1 Площади сечения болтов диаметром свыше 48 мм следует принимать по действующим стандартам.
2 Размеры, заключенные в скобки, следует применять только в конструкциях опор ВЛ и ОРУ. |
Расчет соединения, работающего на срез и растяжение
При одновременном действии на болтовое соединение усилий,вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду с проверкой по формуле (188), следует проверять по формуле 190 СП 16.13330.2017
где Ns и Nt — усилия, действующие на болт, срезывающие и растягивающие соответственно;
Nbs, Nbt — расчетные усилия, определяемые по формулам 186 и 188 СП 16.13330.2017
Расчет фрикционного соединения
Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять: в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм² и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки; в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.
Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле 191 СП 16.13330.2017
где Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7 СП 16.13330.2017;
Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2017);
μ — коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей (принимается по таблице 42 СП 16.13330.2017);
γh — коэффициент, принимаемый по таблице 42 СП 16.13330.2017
Таблица 42
|
Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей |
Коэффициент трения μ |
Коэффициент γh при контроле натяжения болтов по моменту закручивания при разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ, мм, при нагрузке |
|
|
динамической δ=3-6; статической δ=5-6 |
динамической δ=1; статической δ=1-4 |
||
|
1 Дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации |
0,58 |
1,35 |
1,12 |
|
2 Газопламенный двух поверхностей без консервации |
0,42 | 1,35 |
1,12 |
| 3 Стальными щетками двух поверхностей без консервации |
0,35 |
1,35 |
1,17 |
| 4 Без обработки |
0,25 |
1,70 |
1,30 |
| Примечание — При контроле натяжения болтов по углу поворота гайки значения γh следует умножать на 0,9. |
Количество необходимых болтов для фрикционного соединения можно определить по формуле 192 СП 16.13330.2017
где n — требуемое количество болтов;
N — нагрузка, действующая на соединение;
Qbh — расчетное усилие, которое воспринимает один болт (расчитывается по формуле 191 СП 16.13330.2017, расписано чуть выше);
к — количество плоскостей трения соединяемых элементов (обычно 2-а элемента соединяют через 2-е накладные пластины, расположенные с разных сторон, в этом случае к=2);
γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011;
γb — коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от количества болтов, требуемых для восприятия усилия и принимаемый равным:
0,8 при n < 5;
0,9 при 5 ≤ n < 10;
1,0 при n ≤ 10.
Обозначение болтового соединения на чертежах
Условное обозначение болтового соединения на чертежах необходимо выполнять согласно ГОСТ 2.315-68
Основные условные обозначения болтового соединения выглядят следующим образом:
Болты при фрикционном соединении обозначаются треугольником.
Ну и напоследок не много юмора
Калькулятор болта шестигранного
Вес штуки и количество болтов в одном кг партии, шестигранные болты различных DIN и ГОСТ
| Цена 1 кг болтов при цене за 1 шт. , ₽: | н/о |
|---|---|
| Цена 1 болта при цене за 1 кг. , ₽: | н/о |
| Вес 1000 шт. болтов, кг.: | н/о |
| Общее количество болтов в 1 кг., шт.: | н/о |
Крепежные элементы всех типов являются неотъемлемой частью любой сложной машины, металлоконструкции, оборудования. Болты являются одним из наиболее распространенных вариантов крепежа для любых конструкций — такой вид метизов обеспечивает возможность жесткого разъемного крепления, а также соединения движущихся деталей.
Болты имеют массу разновидностей — подобрать возможно изделие практически для любых целей, причем самый простой параметр — длина. По факту метизы такого типа имеют массу различий, начиная от формы головки. Самой распространенной является стандартная шестигранная головка под ключ — именно такой вариант крепежа представляется при слове «болт».
Популярные размеры шестигранных болтов в России
- 1.6х2
- 16х70
- 1.6х8
- 12х40
- 8х25
Таблицы веса болтов с шестигранной головкой по разным DIN, ТУ и ГОСТ
Болт с шестигранной головкой
Стандарты ГОСТ и ТУ доступные в расчетах калькулятора и таблицах веса:
- DIN 933 — Болты с шестигранной головкой с полной резьбой
- ГОСТ 7796-70 — Болты с шестигранной уменьшенной головкой класса точности В
- ГОСТ Р 52644-2006 (ИСО 7411:1984) — Болты высокопрочные с шестигранной головкой с увеличенным размером под ключ для металлических конструкций
- DIN 931 — Болты с шестигранной головкой
- ГОСТ 7798-70 — Болты с шестигранной головкой класса точности В
- ГОСТ 7808-70 — Болты с шестигранной уменьшенной головкой класса точности А
- ГОСТ 15589-70 — Болты оцинкованные с шестигранной головкой класса точности С
- ГОСТ 22353-77 — Болты высокопрочные класса точности В
- ГОСТ 7795-70 — Болты с шестигранной уменьшенной головкой и направляющим подголовком класса точности В
- ГОСТ 7805-70 — Болты с шестигранной головкой класса точности А
- ГОСТ 15590-70 — Болты с шестигранной уменьшенной головкой и направляющим подголовком класса точности С
Метизы такого типа имеют нанесенную резьбу с обычным, мелким или особо мелким шагом и используются совместно с гайками разных видов либо вворачиваются в заранее подготовленные отверстия с резьбой. Резьбовое соединения позволяет обеспечить высокую прочность крепления вне зависимости от используемых материалов — винты позволяют надежно крепить металл, дерево, пластик, фанеру. Разнообразие шляпок, видов резьбы, используемых для изготовления металлов позволяет подобрать крепежные элементы для использования в любых отраслях промышленности — метиз является действительно универсальным вариантом для любых сфер.
Учитывая то, что для применения метизов не требуется в большинстве случаев необычного инструмента — гаечный ключ имеется в арсенале даже домашних мастеров.
Широко применяются не только стандартные разновидности — востребованными являются болты с потайной и полупотайной головкой, с полукруглой и другими видами головок, приварные, анкерные виды. Полный ассортимент продукции данного типа обеспечивает возможность крепления любых деталей машин и оборудования.
Калькулятор веса болта — удобный и простой в использовании онлайн-сервис, который позволяет специалистам промышленных предприятий получить точную информацию о массе одной единицы крепежа, а также в обратном направлении: исходя из общего веса партии подсчитать количество метизов в партии. Калькулятор веса болта является востребованным для технологов при расчете общего веса любого изделия или конструкции, а для транспортников и снабженцев подсчитать исходя из грузоподъемности транспорта количество деталей.
Как рассчитать вес гаек с помощью данного калькулятора?
Вес гайки можно подсчитать зная её тип и диаметр резьбы гайки
Укажите тип гайки
Выберите какая у вас гайка, фланцевая, шестигранная, колпачковая или барашковая.
Укажите диаметр
В поле формы «Диаметр резьбы D» введите диаметр резьбы в мм.
Укажите длину
В поле формы «Длина болта L» введите длину болта в мм.
Укажите цену, длину и др.
Укажите цену за 1 шт. или цену за 1 кг гаек в соответствующие строчки и калькулятор автоматически посчитает результат
Скопируйте результат расчета
Вы можете скопировать полученные результат себе.
Расчет и конструирование болтовых соединений
Работа на сдвиг является основным видом работы болтовых соединений. При этом обычные болты (грубой, нормальной и повышенной точности) работают на срез, а стенки отверстий в соединяемых элементах — на смятие (рисунки ниже).
Болты 1 и 2-й групп при сплачивании работают на срез и смятие. Распределение продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, между болтами принимается равномерным. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом из условия прочности срезу, определяется по формуле
Nb = RbsAbnsγb;
расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом на смятие:
N = Rbpγbd∑t;
при действии внешней силы, направленной параллельно продольной оси болтов их работа происходит на растяжение (рисунок ниже). Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом при работе на растяжение:
N = RbtAbn
Схема работы обычных болтов
а — односрсзнос соединение; 6 — двухсрсзнос соединение; в — на растяжение; 1 — плоскость среза; 2 — смятие стенок отверстий
В формулах ниже Rbs, Rbp, Rbt — расчетные сопротивления болтовых соединений срезу, смятию и растяжению (приведены в таблице); d— наружный диаметр болта; А = πd2 / 4 — расчетная площадь сечения стержня болта; АЬn — площадь сечения болта нетто (по резьбе), таблица ниже; ∑t — наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; ns — число расчетных срезов одного болта; γb— коэффициент условий работы соединений, принимаемый по таблице СНиП, для болтов грубой и нормальной точности в многоболтовом соединении γb = 0,9, для болтов повышенной точности γb = 1,0.
Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов
|
Напряженное |
Условное обозначение |
Расчетное сопротивление, МПа, болтов классов |
|||
|
4,6 |
5,6 |
8,8 |
|||
|
Срез |
Rbs |
150 |
190 |
320 |
|
|
Растяжение |
Rbt |
175 |
210 |
400 |
.
.
.
.
.
.
Расчетные сопротивления смятию элементов, соединяемых болтами
|
Временное сопротивление стали соединяемых элементов, МПа |
Расчетное сопротивление, МПа, смятию элементов, соединяемых болтами |
Временное сопротивление стали соединяемых элементов, МПа |
Расчетное сопротивление, МПа, смятию элементов, соединяемых болтами |
||
|
повы шенной точности |
грубой и нормальной точности |
повы шенной точности |
грубой и нормальной точности |
||
|
370 |
495 |
450 |
470 |
720 |
645 |
|
380 |
515 |
465 |
480 |
745 |
670 |
|
390 |
535 |
485 |
490 |
770 |
690 |
|
440 |
650 |
585′ |
500 |
795 |
710 |
|
450 |
675 |
605 |
510 |
825 |
735 |
|
460 |
695 |
625 |
520 |
850 |
760 |
Площади сечения болтов
|
d, мм |
16 |
18* |
20 |
22* |
24 |
27* |
30 |
36 |
40 |
|
Аb см2 Аbn см2 |
2,01 1,57 |
2,54 1,92 |
3,14 2,45 |
3,80 3,03 |
4.52 3.52 |
5,72 4,59 |
7,06 5,60 |
10,17 8,16 |
13,85 11,20 |
* Болты указанных диаметров применять не рекомендуется
Необходимое количество n болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле:
n ≥ N / γcNbmin
где Nbmin — меньшее из значений расчетных усилий для одного болта, вычисленных на смятие, срез, растяжение по формулам ниже; γc — коэффициент условий работы.
Решающее значение в работе соединения на высокопрочных болтах имеют сила натяжения болта и качество поверхностей трения.
Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом (рисунок ниже), определяют по формуле
Qbn = RbnγbAbnμ / γh
где Rbh = 0,7Rbun — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта (Rbun — наименьшее временное сопротивление материала болта, таблице ниже); γb — коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным: 0,8 при n < 5; 0,9 при 5 ≤ n < 10; 1,0 при n ≥ 10; Аbn—площадь сечения болта нетто по таблице ниже; μ — коэффициент трения, зависящий от характера обработки поверхностей соединяемых элементов, принимаемый по таблице ниже; γh — коэффициент надежности, зависящий от вида нагрузки (статическая или динамическая), способа регулирования натяжения болтов и разности номинальных диаметров отверстий и болтов, принимаемый по таблице ниже.
Схема работы соединения на высокопрочных болтах
Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольного усилия определяют по формуле:
n ≥ N / Qbhγck
где k — количество поверхностей трения соединяемых элементов.
Натяжение высокопрочных болтов производят осевым усилием Р = RbhAbn (рисунок ниже).
Количество болтов по одну сторону стыка в рабочем элементе конструкции принимается, как правило, не менее двух. В стыках и узлах прикреплений (для экономии материала накладок) расстояние между болтами должно быть минимальным. В слабоработающих (связующих, конструктивных) соединениях расстояние должно быть максимальным, чтобы уменьшить число болтов.
Механические свойства высокопрочных болтов
|
Диамер болтов d, мм |
Нормативное временное сопротивление Rbun материала болтов из сталей, МПа |
|||
|
40Х «селекг» |
38ХС «селект» |
ЗОХЗМФ |
35Х2АФ |
|
|
16-27 |
1100 |
1350 |
1550 |
|
|
30 |
950 |
— |
1200 |
1200 |
|
36 |
750 |
— |
1100 |
— |
|
42 |
650 |
— |
1000 |
— |
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Коэффициенты трения и надежности для соединений на высокопрочных болтах
|
Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей |
Способ регули рова ния натя жения болта |
μ |
Коэффициент у/, при нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов 8, мм |
|
|
динамической, при δ = 3-6; статической, при δ = 5-6 |
динамической, при δ=1; статической, при δ = 1-4 |
|||
|
Пескоструйный или дробеметный двух поверхностей |
М* |
0,58 |
1,35 |
1,12 |
|
а* |
0,58 |
1,20 |
1,02 |
|
|
То же, с консервацией металлизацией цинком или алюминием |
М |
0,50 |
1,35 |
1,12 |
|
а |
0,50 |
1,20 |
1,02 |
|
|
Пескоструйный или дробеметный одной поверхности с консервацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порошком, стальными щетками без консервации — другой поверхности |
М |
0,50 |
1,35 |
1,12 |
|
а |
0,50 |
1,20 |
1,02 |
|
|
Газопламенный двух поверхностей |
М |
0,42 |
1,35 |
1,12 |
|
а |
0,42 |
1,20 |
1,02 |
|
|
Стальными щетками двух поверхностей |
М |
0,35 |
1,35 |
1,17 |
|
а |
0,35 |
1,25 |
1,06 |
|
|
Без обработки |
М |
0,25 |
1,70 |
1,30 |
|
а |
0,25 |
1,50 |
1,20 |
Примечание. М— регулирование натяжения по моменту закручивания; а — то же, по углу поворота гайки.
Размещение болтов в листах и прокатных профилях может быть рядовое и в шахматном порядке. Линии, проходящие по центрам отверстий, называют рисками. Расстояние между рисками вдоль усилия называют шагом, а поперек усилия — дорожкой (рисунок ниже).
Размещение отверстий
а — в листовом материале; б — в прокатных профилях; 1 — риски; l— шаг; е— дорожка
Минимальные расстояния между центрами болтов в стальных конструкциях определяются условием прочности основного металла, максимальные расстояния — условиями устойчивости соединяемых элементов в промежутке между болтами или заклепками при сжатии.
Болтовые соединения используются в фермах, металлических балочных конструкциях, колоннах и других конструкциях для крепления двух или трех отдельных элементов между собой.
При соединении элементов на каждый болт передаются две равные и противоположно направленные силы от первого и второго элементов (рис.а). Болт перерезается в плоскости соединения двух элементов, силы от которых образуют пару, уравновешиваемую другой парой сил – реакцией со стороны головки и гайки болта. Однако эти реакции не опасны, ибо для изготовления болтов используются высококачественная сталь.
Два элемента могут также соединяться с использованием одной или двух накладок. Схема распределения усилий при наличии двух накладок указана на рис. б. В этом случае болт перерезается в двух плоскостях.
Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом при работе его на срез, определяется по формуле:
, где
– коэффициент условий работы болта;
— расчетная площадь сечения стержня болта, принимаемая равной πd2/4;
количество плоскостей среза.
Условие прочности болтового соединения на срез записывается в виде:
, где
– расчетное усилие в соединении;
– количество болтов.
Используя эту формулу, можно определить количество болтов в соединении или их диаметр d, проверить прочность соединения и т.д. Например, расчетное усилие, которое может выдерживать болтовое соединение, находится следующим образом:
При относительно тонких соединяемых элементах возможно разрушение болтового соединения за счет смятия листов или болтов в зоне их контакта. Поэтому необходимо проверить прочность болтового соединения на смятие. Фактическое распределение напряжений на поверхности контакта болта и листа весьма сложное. Приближенно опасность смятия оценивается не по фактическим значениям контактных напряжений, а по средним, отнесенным к площади проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость, называемую условной площадью смятия.
1-фактическая , 2 — условная поверхности смятия
Условные площади смятия: под средним листом (рис. б) Аcon=t1d,
под крайними листами Аcon=2t2 d.
На эти площади приходится одна и та же сила Nb, поэтому за расчетную следует принимать минимальную из указанных площадей.
Условие прочности болтового соединения на смятие имеет вид:
Используя данную формулу, можно вычислить количество болтов, их диаметр, наименьшую суммарную толщину элементов, сминающихся в одном направлении, и т.д. Например, расчетное усилие для болтового соединения определяется следующим образом:
При расчетах на срез и смятие находятся два значения расчетных усилий для болтовых соединений, но в качестве основного принимается меньшее из них.