Нормы расстановки болтов в болтовых соединениях

Характеристика расстояния	Расстояние при размещении болтов
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) то же, поперек усилия: при обрезных кромках при прокатных кромках в) максимальное г) минимальное для высокопрочных болтов при любой кромке и любом направлении усилия	2d   1,5d 1,2d 4d или 8t 1,3d

* 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.

Суммарная площадь накладок

А_n = А_nf + 2А^′_nf = 63 + 2 ∙ 28 = 119 см² > А_f = 112,5 см².

Горизонтальные болты располагаем в 4 ряда на одной полунакладке.

Определяем длину двух вертикальных накладок:

l_nw = h_w – 2(t_nf + Δ) = 1500 – 2 (14 + 10) = 1450 мм.

Ширина вертикальных накладок

b_nw = 2а + δ + 4c = 2 · 70 + 10 + 4 · 50 = 350 мм,

где δ = 10 мм – зазор между элементами.

Толщину одной вертикальной накладки t_nw принимаем равной толщине стенки t_w за вычетом 2 мм (t_nw = 10 мм).

Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов (с учетом расстояния до края элемента с = 50 мм)

а₁= 1450 – 2 ∙ 50 = 1350 мм.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d_b = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление

R_bun = 1100 МПа = 110 кН/см² (табл. 3.19).

Таблица 3.19

Механические свойства высокопрочных болтов по ГОСТ 22356-77*

Номинальный диаметр резьбы d, мм	Сталь по ГОСТ 4543-71*	Наименьшее временное сопротивление Rbun, МПа
От 16 до 27	40Х "селект"
З0Х3МФ 30Х2НМФА
	40Х "селект"
30Х3МФ, 35Х2АФ
	40Х "селект"
30Х3МФ

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимаем по M (моменту закручивания). Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

A_bn = 3,52 см² – площадь сечения нетто болта d_b = 24 мм, принимаемая по табл. 3.17;

– коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки поверхностей по табл. 3.20 (принят газопламенный способ обработки поверхностей);

– коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ = (d – d_b) = 1 – 4 мм с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей;

g_b – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n, 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 3.20

Коэффициенты трения m и надежности g_h

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
Дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации	М a	0,58 0,58	1,35 1,20	1,12 1,02
То же, с консервацией (металлизацией распылением цинка или алюминия)	М a	0,50 0,50	1,35 1,20	1,12 1,02
Дробью одной поверхности с консервацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порошком, стальными щетками другой поверхности без консервации	М a	0,50 0,50	1,35 1,20	1,12 1,02
Газопламенный двух поверхностей без консервации	М a	0,42 0,42	1,35 1,20	1,12 1,02
Стальными щетками двух поверхностей без консервации	М a	0,35 0,35	1,35 1,25	1,17 1,06
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.

Определяем:

Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом (здесь r – радиус кривизны) кривизне ее составляющих – стенки M_w /(EI_w) и поясов M_f /(EI_f), находим изгибающие моменты, приходящиеся на стенку M_w и пояса M_f, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EI_w и ЕI_f.

Момент инерции стенки I_w = 337500 см⁴.

Момент инерции поясов

Изгибающий момент, приходящийся на стенку:

M_w = M_max(I_w/I_x) = 4658,72 (337500 / 1645664) = 955,43 кН/м.

Изгибающий момент, приходящийся на пояса:

M_f = M_max(I_f /I_x) = 4658,72 (1308164 / 1645664) = 3703,29 кН/м.

Расчет стыка пояса.Раскладывая изгибающий момент M_f на пару сил, определяем расчетное усилие в поясе:

N_f = M_{f /}/h_f = 3703,29 / 152,5 = 2428,39 кН.

Количество болтов n на каждую сторону от центра стыка балки для прикрепления накладок пояса определяем по формуле

где k_s = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Принимаем 12 болтов и размещаем их согласно рис. 3.21.

Длину горизонтальных накладок назначаем конструктивно из условия размещения болтов:

l_nf = 2(n₁a + 2c) + δ = 2 (2 ∙ 70 +2 ∙ 50) + 10 = 490 мм,

где n₁ = (3 – 1) – количество рядов болтов на полунакладке за минусом 1.

Расчет стыка стенки. Расчетный момент, приходящийся на стенку, уравновешивается суммой внутренних пар усилий, действующих на болты. Максимальное горизонтальное усилие N_max от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее напряженный болт, не должно быть больше несущей способности Q_bhk_s.

Условие прочности соединения:

N_max = M_w a_max/(mΣa_i²) ≤ Q_bhk_s,

где а_i–соответствующее расстояние между парами сил в болтах;

m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

Для определения числа рядов болтов по вертикали k и назначения их шага а вычисляем коэффициент стыка:

a = M_w/(ma_maxQ_bhk_s) = 95543 / (2 × 135 × 101,64 × 2) = 1,74.

Принимаем по табл. 3.21 число горизонтальных рядов болтов k = 8.

Таблица 3.21