Расчет соединений
8.82 Сварные, фрикционные на цилиндрических высокопрочных болтах, болтовые на конических высокопрочных болтах, комбинированные болто-фрикционно-сварные, фланцевые на высокопрочных цилиндрических и конических болтах, а также шарнирные соединения в стальных мостовых конструкциях необходимо рассчитывать на передачу всех усилий, действующих в элементах конструкций, с учетом ослабления сечений отверстиями.
При неравномерном распределении усилий и возможной перегрузке отдельных зон и деталей прикреплений следует вводить коэффициенты условий работы, указанные в таблицах 8.15 и 8.36.
При расчете прикрепления элемента к узлу с одиночной фасон кой допускается не учитывать изгибающие моменты в плоскости, перпендикулярной плоскости фасонки.
Распределение продольного усилия, проходящего через центр тяжести соединения, следует принимать равномерным между болтами или сварными швами прикрепления.
При реконструкции и усилении клепаных пролетных строений расчеты заклепочных соединений надлежит выполнять по указаниям [10]. Дефектные заклепки следует заменять на высокопрочные болты М22 с усилием натяжения не более 177 кН. 8.83 Расчетную высоту сечения сварных швов следует принимать:
для стыковых швов:
деталей, свариваемых с полным проплавлением, - tw = tmin;
деталей, свариваемых с неполным проплавлением, - tw = tw,min;
для угловых швов:
по металлу шва - tf= βfkf,
по металлу границы сплавления - tz = βzkf,
где tmin - наименьшая из толщин свариваемых деталей;
tw,min - наименьшая толщина сечения стыкового шва при сварке деталей с неполным проплавлением;
kf - наименьший из катетов углового шва;
βf, βz - - коэффициенты расчетных сечений угловых швов, принимаемые по таблице 8.35.
Таблица 8.35
| Вид сварки при диаметре сварочной проволоки d. мм | Положение шва | Коэффициенты расчетных сечений угловых швов | |||
| обозначения | при катетах швов kf, мм | ||||
| 3-8 | 9-12 | 14-16 | 18 и более | ||
| Автоматическая под флюсом при d = 2 - 5 | В лодочку | βf | 1,1 | 0,8 | |
| βz | 1,15 | 1,0 | |||
| Нижнее | βf | 1,1 | 0,9 | 0,8 | |
| βz | 1,15 | 1,05 | 1,0 | ||
| Полуавтоматическая под флюсом при d = 1,4 - 2 | В лодочку | βf | 1,0 | 0,9 | 0,8 |
| βz | 1,1 | 1,0 | |||
| Нижнее | βf | 1,0 | 0,85 | 0,8 | |
| βz | 1,05 | 1,0 | |||
| Автоматическая и полуавтоматическая в смеси газов при d = 1,2 - 2 проволоками сплошного сечения и металлопорошковыми в смеси газов | В лодочку | βf | 0,95 | 0,85 | 0,75 |
| βz | 1,05 | 1,0 | |||
| Нижнее горизонтальное, вертикальное | βf | 0,9 | 0,8 | 0,7 | |
| βz | 1,0 | ||||
| Ручная, полуавтоматическая порошковой самозащитной проволокой | В лодочку, нижнее. горизонтальное, вертикальное, потолочное | βf | 0,8 | 0,7 | |
| βz | 1,0 | ||||
| Полуавтоматическая проволоками сплошного сечения d = 1,2 - 2 и металлопорошковыми проволоками в смеси газов | Потолочное | βf | 0,7 | ||
| βz | 1,0 | ||||
| Примечание - Значения коэффициентов соответствуют режимам сварки, предусмотренным в [2] и [3]. |
8.84 Расчет по прочности сварных стыковых соединений следует выполнять:
при сварке деталей из сталей различного уровня прочности, а также при сварке
материалами, для которых Rwy < Ry (в этих случаях Rwy должно быть указано в проекте);
при наличии выкружек или ослаблений в зоне стыка, когда
| lw < b | (8.81) |
или
| tw,min < t; | (8.82) |
| Аw,n < A, | (8.83) |
где lw - полная длина стыкового шва;
b, t - ширина и толщина стыкуемых деталей;
Аw,n - площадь нетто ослабленного (например, отверстиями) сечения шва;
А - площадь брутто (или нетто) сечения стыкуемых деталей в зоне стыка.
8.85 Расчет по прочности сварных стыковых соединений в случае центрального растяжения или сжатия следует выполнять по формуле
| (8.84) |
где m - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 8.15.
Расчет по прочности сварных стыковых соединений в случае изгиба в одной или двух главных плоскостях, а также действия осевой силы с изгибом в одной или двух главных плоскостях следует выполнять по формулам (8.5) - (8.25), в которых геометрические параметры и коэффициенты æ, æx, ψ, ψx, ψy следует вычислять для сечения стыкового соединения, принимаемого согласно 8.84, а в правой части вместо Rym и Rsm подставлять соответственно величины Rw,ym и Rw,sm
8.86 Прочность сварных соединений с угловыми швами при действии продольных или поперечных сил следует проверять на срез (условный) по двум сечениям (рисунок 8.3):
по металлу шва (сечение 0-1)
| (8.85) |
по металлу границы сплавления (сечение 0-2)
| (8.86) |
где lw - полная длина шва;
tf, tz - расчетная высота сечения шва;
m - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 8.15.
Рисунок 8.3 - Схема расчетных сечений сварного углового шва при расчете на срез
8.87 Расчет по прочности сварных соединений с угловыми швами при действии момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов (рисунок 8.4, а), следует выполнять для двух сечений по формулам:
по металлу шва
| (8.87) |
по металлу границы сплавления.
| (8.88) |
В формулах (8.87) и (8.88):
Wf- - момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;
Wz - то же, по металлу границы сплавления.
8.88 Расчет по прочности сварных соединений с угловыми швами при действии момента в плоскости расположения этих швов (рисунок 8.4, б) следует выполнять для двух сечений по формулам:
по металлу шва
| (8.89) |
по металлу границы сплавления
| (8.90) |
где Ifx, Ify - моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;
Izx, Izy - то же, по металлу границы сплавления;
x, у - координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов относительно главных осей этого сечения.
а - перпендикулярной; б - параллельной плоскости расположения швов
Рисунок 8.4- Расположение сварных соединений с угловыми швами при действии момента в плоскости
8.89 Прочность сварных стыковых соединений при одновременном действии в одном и том же сечении нормальных и касательных напряжений следует проверять по формуле (8.29), в которой следует принимать: σx = σwx и σy = σwy - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; τxy = τwxy - касательное напряжение в сварном соединении; Ry = Rwy.
8.90 При расчете по прочности сварных соединений с угловыми швами при одновременном действии продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены условия:
| τf ≤ Rwfm; | (8.91) |
| τz ≤ Rwzm, | (8.92) |
где τf, τz - напряжения в расчетном сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.
8.91 Расчет по прочности сварных соединений угловыми швами прикрепления листов пояса между собой и к стенке изгибаемых балок следует выполнять по формулам:
при отсутствии местного давления: по металлу шва
| (8.93) |
по металлу границы сплавления
| (8.94) |
где n - число угловых швов;
при воздействии на пояс местного давления:
по металлу шва
| (8.95) |
по металлу границы сплавления
| (8.96) |
где q - давление от подвижной вертикальной нагрузки, определяемое по 6.11 - 6.13 и приложению К.
8.92 Сварные швы, соединяющие отдельные листовые детали сечения составных сплошностенчатых сжатых элементов, следует рассчитывать на условную поперечную силу, принимаемую постоянной по всей длине элемента и определяемую по формуле
| (8.97) |
где W - момент сопротивления сечения элемента брутто в проверяемой плоскости (ослабление листовых деталей перфорациями допускается не учитывать);
l - длина составного элемента;
φ - коэффициент продольного изгиба при расчете по устойчивости элемента в проверяемой плоскости.
Те же сварные швы в сжато-изогнутых составных элементах следует рассчитывать на поперечную силу Q1, равную сумме поперечных сил - условной Qfic, определяемой по формуле (8.97), и фактической.
Если в сечении составного элемента имеются две параллельно расположенные листовые детали и более, то прикрепление каждой из них следует расчитывать на поперечную силу Qi, определяемую по формуле
| (8.98) |
где ti - толщина прикрепляемой листовой детали;
n - число параллельно расположенных листовых деталей.
8.93 При прикреплении к узлам главных ферм составных, сплошностенчатых элементов, отдельные части сечения которых непосредственно неприкрепляются к узловым фасонкам, сварные швы присоединения не прикрепляемой части сечения к прикрепляемой следует рассчитывать на передачу приходящегося на нее усилия, принимая при этом коэффициенты условий работы m равными:
m - 0,8 - при отношении площади прикрепляемой части сечения Av ко всей площади сечения элемента A до 0,6;
m - 0,9 - при отношении Av/А свыше 0,6 до 0,8;
m = 1,0 - при отношении Av/А свыше 0,8.
Расчетную длину сварного шва при этом следует принимать равной длине перекрытия элемента узловой фасонкой фермы.
8.94 В соединениях на цилиндрических болтах класса точности А и на конических высокопрочных болтах расчетное усилие Nb, которое может быть воспринято одним болтом в многоболтовом соединении, следует определять по формулам:
на срез болта
| Nb = RbsAbbsmmbns; | (8.99) |
на смятие соединяемых элементов
| Nb = RbpdΣtmmb; | (8.100) |
на растяжение
| Nb = RbtAbn mmb, | (8.101) |
где Rbs, Rbp, Rbt, - расчетные сопротивления металла болтов на срез, смятие и растяжение;
d - диаметр рабочего тела болта (или отверстия);
Abs - площадь рабочего сечения тела болта;
Abn- площадь сечения болта нетто по резьбе согласно ГОСТ Р 52643;
Σt - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;
ns - число расчетных срезов одного болта;
mb - коэффициент условий работы соединения, который следует принимать по таблице 8.36.
8.95 Число n болтов в соединении при действии продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, следует определять по формуле
| (8.102) |
где Nb,min - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, вычисленных
по формулам (8.99) и (8.100);
mb, m - коэффициенты условий работы, принимаемые соответственно по
таблицам 8.36 и 8.15.
8.96 При действии в плоскости соединения изгибающего момента распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта.
8.97 Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и момента, следует проверять на усилие, определяемое как равнодействующее усилий, найденных отдельно от продольной силы и момента.
8.98 Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, допускается проверять отдельно на срез и на растяжение.
8.99 Болты, соединяющие стенки и пояса составных балок, следует рассчитывать по формулам:
при отсутствии местного давления
| (8.103) |
при воздействии на пояс местного давления q
| (8.104) |
где а - шаг поясных болтов;
Nb,min - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, определяемых по 8.94;
S - статический момент брутто пояса балки относительно нейтральной оси;
I - момент инерции сечения брутто балки относительно нейтральной оси;
m - коэффициент условий работы, определяемый по таблице 8.15.
8.100 В фрикционных и комбинированных фрикционно-сварных соединениях расчетное усилие Qhh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом (одним болтоконтактом), следует определять по формуле
| (8.105) |
где Р - усилие натяжения высокопрочного болта;
μ - коэффициент трения, принимаемый по таблице 8.12;
γbh - коэффициент надежности, принимаемый по таблице 8.12. Усилие натяжения Р высокопрочного болта следует определять по формуле
| P = RbhAbnmbh, | (8.106) |
где Rbh - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, определяемое по формуле (8.2);
mbh - коэффициент условий работы высокопрочных болтов при контроле натяжения по крутящему моменту, равный 0,95.
8.101 Число n высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, следует определять по формуле
| (8.107) |
где m - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 8.15;
Qbh - расчетное усилие на один болтоконтакт, определяемое по формуле (8.105);
ns - число контактов в соединении.
8.102 При действии в плоскости соединения изгибающего момента или продольной силы с изгибающим моментом усилие, приходящееся на рассматриваемый высокопрочный болт, следует определять согласно указаниям 8.96 и 8.97.
8.103 Высокопрочные болты, соединяющие стенки и пояса составных балок, следует рассчитывать по формулам:
при отсутствии местного давления
| (8.108) |
при воздействии на пояс местного давления q
| (8.109) |
где ns - число контактов в соединении;
Qbh - расчетное усилие, воспринимаемое одним болтоконтактом и определяемое по формуле (8.105);
Остальные обозначения те же, что в 8.99.
8.104 В случае если совместная работа проезжей части и поясов главных ферм обеспечивается специальными горизонтальными диафрагмами, расчет прикрепления продольных балок к поперечным следует выполнять на поперечную силу и момент с учетом требований 8.74; при этом усилия в болтах, прикрепляющих вертикальные уголки к стенке поперечной балки, необходимо определять как для фланцевых соединений.
Расчет болтовых и фрикционных соединений прикреплений балок проезжей части пролетных строений с решетчатыми главными фермами допускается выполнять только на поперечную силу, вводя дополнительный коэффициент условий работы mb согласно таблице 8.36.
8.105 Расчет по прочности стыковых накладок растянутых элементов ферм и поясов сплошных балок следует выполнять с введением для накладок коэффициента условий работы m = 0,9.
8.106 Листы узловых фасонок следует проверять на прочность прикрепления растянутых и сжатых элементов по контуру, соединяющему центры отверстий периферийных болтов прикрепления указанных элементов, по формуле
| N ≤ 0,675 tRym Σ(0,212αi + 1) li, | (8.110) |
где N - продольное усилие в элементе;
t - толщина узловой фасонки;
m - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 8.15;
li - длина i-го участка проверяемого контура узловой фасонки;
αi - угол между направлением i-го участка проверяемого контура и осью элемента (0 ≤ αi ≤ π/2), рад.
Таблица 8.36
| Характеристика прикрепления и места расположения болтов | Особенности конструкции узла | Коэффициент условий работы mb |
| Во всех пролетных строениях | ||
| Вертикальные уголки прикрепления поперечной балки к узлу решетчатой главной фермы: | ||
| болты в полках уголков, прикрепляемых к ферме | Конструкция не способна воспринимать опорный момент | 0,85 |
| Конструкция способна воспринимать опорный момент | 0,9 | |
| то же, к поперечной балке | Независимо от конструкции | 0,9 |
| Совместная работа проезжей части и поясов главных ферм не обеспечивается | ||
| Вертикальные уголки прикрепления продольной балки к поперечной: | ||
| болты в полках уголков. прикрепляемых к поперечной балке | Конструкция не способна воспринимать опорный момент Конструкция способна воспринимать опорный момент | 0,7 |
| 0,9 | ||
| то же, к продольной балке | Независимо от конструкции | 0,9 |
8.107 Прочность узловых болтов-шарниров допускается проверять в предположении работы болта на изгиб как свободно лежащей балки, нагруженной сосредоточенными силами по оси пакетов, соприкасающихся с болтом, принимая расчетные сопротивления по таблице 8.3.
8.108 Для фланцевых соединений следует применять высокопрочные цилиндрические или конические болты с предварительным напряжением их на усилие
P = 0,9 P,
где Р - расчетное усилие натяжения высокопрочного болта, принимаемое по 8.100.
Расчет соединительных планок и перфорированных листов
8.109 Соединительные планки или перфорированные листы сквозных сжатых элементов следует рассчитывать на условную поперечную силу Qfic, принимаемую постоянной по всей длине стержня и определяемую по формуле
| (8.111) |
где N - продольное усилие сжатия в элементе;
φ - коэффициент продольного изгиба при проверке устойчивости элемента в плоскости соединительных планок или перфорированных листов, принимаемый по таблицам Ф.1 - Ф.3 приложения Ф в зависимости от приведенного относительного эксцентриситета ееf,
α - коэффициент, определяемый по формуле α = 0,024 - 0,00007λ. но не более 0,017; здесь λ - гибкость элемента в плоскости соединительных планок или перфорированных листов.
Соединительные планки и перфорированные листы сквозных сжато-изогнутых элементов следует рассчитывать на поперечную силу, равную сумме фактической поперечной силы при изгибе и условной Qfic, определяемой по формуле (8.111).
При расположении соединительных элементов в нескольких параллельных плоскостях, перпендикулярных оси. относительно которой выполняется проверка устойчивости, поперечную силу Q следует распределять:
при соединительных планках или перфорированных листах, а также в случае их сочетания - поровну между всеми плоскостями планок и перфорированных листов;
при сплошном листе (пакете) и соединительных планках или перфорированных листах - на сплошной лист (пакет) принимать часть поперечной силы, равную Qbt и определяемую по формуле
| (8.112) |
где Аеf - площадь сечения брутто сквозного элемента, равная Σbtef; здесь b и tef определяются по 8.37;
Abl,ef - часть сечения элемента, работающая вместе со сплошным листом и равная Аbl + 2tvξ1 (здесь Аbl - площадь сечения сплошного листа; tv - толщина вертикального листа или пакета; ξ1 - коэффициент, принимаемый по 8.55).
Соединительные планки и перфорированные листы в промежутках между отверстиями перфорации следует рассчитывать на приходящуюся на них часть поперечной силы Q как элементы безраскосных ферм.