Таблица 44
Класс прочности болта | Напряженное состояние | Временное сопротивление МПа (кгс/мм2) | Предельное усилие, кН, одного болта (на срез - на одну плоскость) диаметром, мм | ||||||||
16 | 20 | 22 | 24 | 27 | 30 | 36 | 42 | 48 | |||
5.6 | Растяжение | - | 33,0 | 51,4 | - | 73,9 | - | - | - | - | - |
| Срез | - | 34,4 | 53,7 | - | 77,3 | - | - | - | - | - | |
5.8 | Растяжение | - | 31,4 | 49,0 | - | 70,4 | - | - | - | - | - |
| Срез | - | 36,2 | 56,5 | - | 81,3 | - | - | - | - | - | |
8.8 | Растяжение | - | 62,8 | 98,0 | - | 141 | - | - | - | - | - |
| Срез | - | 57,9 | 90,4 | - | 130 | - | - | - | - | - | |
10.9 | Растяжение | - | 78,5 | 122 | 151 | 176 | - | - | - | - | - |
| Срез | - | 72,4 | 113 | 137 | 163 | - | - | - | - | - | |
110 (по ГОСТ 22353-77*) | Растяжение | - | - | 135 | 167 | 194 | 252 | 308 | 454 | 616 | 809 |
| Срез | - | - | 124 | 150 | 179 | 226 | 280 | 402 | 548 | 717 | |
110 (по ТУ 14-4-1345-85) | Растяжение | - | - | 135 | 167 | 194 | 252 | 308 | 454 | 616 | 809 |
| Срез | - | - | 97,0 | 117 | 141 | 180 | 224 | 321 | 441 | 582 | |
Все классы прочности | Смятие с учетом гамма - b = 0,9, рассчитанное по формуле (128) СНиП II-23-81* (сумма t = 10 мм) | 345 (35) | 58,3 | 72,9 | 80,2 | 87,5 | 98,4 | 110 | 131 | 153 | 175 |
355 (36) | 60,5 | 75,6 | 83,2 | 90,7 | 102 | 113 | 136 | 159 | 181 | ||
365 (37) | 63,4 | 79,2 | 87,1 | 95,0 | 107 | 119 | 143 | 166 | 190 | ||
370 (38) | 64,8 | 81,0 | 89,1 | 97,2 | 109 | 122 | 146 | 170 | 194 | ||
380 (39) | 67,7 | 84,6 | 93,1 | 102 | 114 | 127 | 152 | 178 | 203 | ||
390 (40) | 69,8 | 87,3 | 96,0 | 105 | 118 | 131 | 157 | 183 | 210 | ||
400 (41) | 73,9 | 90,9 | 100 | 109 | 123 | 136 | 164 | 191 | 218 | ||
410 (42) | 75,6 | 94,5 | 104 | 113 | 128 | 142 | 170 | 198 | 227 | ||
420 (43) | 78,3 | 97,9 | 108 | 118 | 132 | 147 | 176 | 206 | 235 | ||
430 (44) | 81,4 | 102 | 112 | 122 | 137 | 153 | 183 | 214 | 244 | ||
440 (45) | 84,4 | 105 | 116 | 127 | 142 | 158 | 190 | 222 | 253 | ||
450 (46) | 87,3 | 109 | 120 | 131 | 147 | 164 | 196 | 229 | 262 | ||
460 (47) | 90,2 | 113 | 124 | 135 | 152 | 169 | 203 | 237 | 271 | ||
470 (48) | 93,4 | 117 | 129 | 140 | 158 | 175 | 210 | 245 | 280 | ||
480 (49) | 96,5 | 121 | 133 | 145 | 163 | 181 | 214 | 253 | 289 | ||
490 (50) | 99,5 | 124 | 137 | 149 | 168 | 187 | 224 | 261 | 295 | ||
500 (51) | 103 | 127 | 142 | 154 | 174 | 193 | 232 | 270 | 302 | ||
510 (52) | 106 | 133 | 146 | 159 | 179 | 199 | 239 | 279 | 319 | ||
520 (53) | 110 | 137 | 151 | 164 | 185 | 205 | 247 | 288 | 329 | ||
530 (54) | 113 | 141 | 155 | 169 | 191 | 212 | 254 | 296 | 339 | ||
540 (55) | 116 | 145 | 160 | 175 | 196 | 218 | 262 | 305 | 349 | ||
550 (56) | 120 | 150 | 165 | 180 | 202 | 225 | 270 | 314 | 359 | ||
560 (57) | 123 | 154 | 170 | 185 | 208 | 231 | 278 | 324 | 370 | ||
570 (58) | 127 | 159 | 174 | 190 | 214 | 238 | 285 | 333 | 381 | ||
580 (59) | 130 | 163 | 179 | 196 | 220 | 245 | 294 | 342 | 391 | ||
ри значениях а, промежуточных между 1,5d и 2d, и b - между 2d и 2,5d следует определять линейной интерполяцией. При этом в случае одновременного уменьшения а и b следует принимать меньшее значение .
Пример. Соединение с болтами класса точности В - =0,9; а=1,8d; =0,94; b=2,1d; =0,88.
Принимаем =0,88; .
Болтовые соединения с контролируемым натяжением
Фрикционные соединения на высокопрочных болтах
11.4. Проверку прочности фрикционного соединения на высокопрочных болтах следует выполнять исходя из условия
, (63)
где Т - сдвигающее усилие от учитываемых расчетных нагрузок, приходящееся на один болтоконтакт, определяемое в предположении равномерного распределения полной сдвигающей силы между болтами. Момент, действующий в плоскости соединения, уравновешивается парами сдвигающих усилий, одинаковых по величине и приходящихся на один болт (в предположении прямоугольных эпюр распределения усилий между болтами). Между элементами стыка или узла усилия распределяются без учета податливости фрикционных соединений и в предположении упругой работы стали;
- расчетное сдвигающее усилие, которое может быть воспринято каждой контактной поверхностью соединяемых элементов, стянутых одним болтом;
- расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению при предварительном напряжении с обжатием пакета, принимаемое в соответствии с п. 3.7 СНиП II-23-81*. Расчетное сопротивление увеличено и назначено с учетом экономически оправданного числа болтов (1-2 болта из 1000), разрушающихся при натяжении с контролируемым усилием . При этом среднестатистическое значение усилия натяжения болтов на 8-10% превышает контролируемое;
- площадь сечения болта "нетто", принимаемая по табл. 62* СНиП II-23-81*. Значения контролируемого усилия натяжения Р для высокопрочных болтов из стали 40Х "селект" приведены в табл. 45;
- коэффициент трения, принимаемый по табл. 36* СНиП II-23-81* и зависящий от способа обработки (очистки) соединяемых поверхностей. Нормы регламентируют средние статистические (наиболее вероятные) коэффициенты трения. Согласно результатам исследований установлено, что коэффициенты трения не зависят от прочности стали соединяемых элементов. В фрикционных соединениях с числом болтов в узле до четырех, выполненных из стали с временным сопротивлением не более 370 МПа (3750 кгс/см ), разрешается вместо газопламенной обработки использовать внедряемый проволочный элемент в виде звезды, изготовленный из высокопрочной проволоки по ГОСТ 9389-75*, ГОСТ 7372-79*, ГОСТ 14963-78* в соответствии с табл. 46.
Таблица 45
| Номинальный диаметр d_b, мм | 16 | 20 | 22 | 24 | 27 |
| P, кН (тс) | 121 (12,1) | 189 (18,9) | 233 (23,3) | 271 (27,1) | 353 (35,3) |
Таблица 46
Номинальный диаметр болта, мм | Усилие натяжения болта, кН (тс) | Диаметр проволоки, мм | Длина проволоки, мм | Внутренний диаметр проволочного элемента, мм | Высота волны, мм | Число волн |
22 | 233 (23,3) | 0,7 | 141 | 32 | 5 | 7 |
24 | 271 (27,1) | 0,8 | 142 | 34 | 5 | 7 |
Для фрикционных соединений допускается обработка контактных поверхностей ротационным способом стальными шариками [24] с коэффициентом трения =0,50, а также пескоструйным, дробеметным иди дробеструйным способом одной поверхности, стальными щетками - другой поверхности с коэффициентом трения =0,42;
- коэффициент условий работы, определяемый в соответствии с п. 11.13* СНиП II-23-81* и учитывающий уменьшение сдвигающего усилия, приходящегося на один болт, из-за уменьшения числа болтов в соединении. С уменьшением числа болтов в результате неблагоприятного влияния статистического разброса усилий натяжения болтов и коэффициентов трения в зоне плотного контакта увеличивается вероятность снижения сопротивления сдвигу, приходящегося на один болт;
- коэффициент надежности, принимаемый по табл. 36* СНиП II-23-81* и учитывающий требуемую степень сдвигоустойчивости соединения, а также изменчивость коэффициентов трения и усилий натяжения болтов (в многоболтовых соединениях).
11.5. Предусматривается две степени сдвигоустойчивости соединения - повышенная и нормальная. Требуемая степень сдвигоустойчивости зависит от разности номинальных диаметров отверстий и болтов и от характера нагрузок - динамической (если наряду со статическими воспринимаются также учитываемые в расчете подвижные, вибрационные, ударные или другие динамические нагрузки) или только статической. Повышенная сдвигоустойчивость требуется для мм при динамической и мм при статической нагрузках, а нормальная сдвигоустойчивость для мм при динамической и мм при статической нагрузках.
Разность диаметров отверстий и болтов в значительной степени определяет величину смещений в центрах соединений после преодоления сил трения и общих перемещений в конструкции, а также перераспределение усилий в статически неопределимых конструкциях. Небольшие сдвиги могут нарушать геометрию конструкции и строительный подъем, и их следует рассматривать как предельное состояние II группы, характеризуемое затруднениями для нормальной эксплуатации. Значительный сдвиг устанавливает предел эксплуатационной пригодности конструкции и является критерием предельного состояния I группы. Величины предельных смещений при динамической нагрузке меньше, чем при статической.
Повышенная сдвигоустойчивость соединения гарантирует от появления предельного состояния группы и соответствующий коэффициент создает обеспеченность в три стандарта oт наступления предельного состояния. Нормальная сдвигоустойчивость соединения гарантирует от предельного состояния II группы, а коэффициент создает обеспеченность в два стандарта от наступления предельного состояния.
Коэффициенты надежности зависят от способа регулирования усилия натяжения болтов. При регулировании по углу поворота гайки усилие натяжения болта получается в среднем на 20% больше усилия Р, соответствующего расчетному, т.е. примерно на 10% больше, чем при регулировании по моменту закручивания. Обрывы болтов при этом исключаются вследствие эффекта саморегулирования. Соответственно при регулировании по углу поворота гайки коэффициент примерно на 10% меньше, чем при регулировании по моменту закручивания.
В случае невозможности обеспечения натяжения болтов по углу поворота регулирование усилий допускается производить по моменту закручивания. При этом расчетный момент закручивания должен быть увеличен на 10%.
Предельные усилия фрикционных соединений на высокопрочных болтах М24 приведены в табл. 47.
Таблица 47
Способ | Усилие, кН (тс), на один болтоконтакт при диаметре болта 24 мм, R_bun=1100 МПа (110 кгс/мм2) и числе болтов в соединении | |||||||||
обработки (очистки) соединяемых поверхностей | регулирования натяжения болтов | n <= 4 | n = 5 - 9 | n >= 10 | ||||||
Q_bh1 | Q_bh2 | Q_bh1 | Q_bh2 | Q_bh1 | Q_bh2 | |||||
| Пескоструйный, дробеструйный или дробеметный двух поверхностей кварцевым песком или дробью без консервации | По моменту закручивания М | 93 (9,3) | 112 (11,2) | 104 (10,4) | 126 (12,6) | 116 (11,6) | 140 (14,0) | |||
| По углу поворота альфа | 105 (10,5) | 123 (12,3) | 118 (11,8) | 139 (13,9) | 131 (13,1) | 154 (15,4) | ||||
| То же, с консервацией, металлизацией распылением цинка или алюминия | По моменту закручивания М | 80 (8,0) | 97 (9,7) | 90 (9,0) | 109 (10,9) | 100 (10,0) | 121 (12,1) | |||
| По углу поворота альфа | 90 (9,0) | 106 (10,6) | 102 (10,2) | 120 (12,0) | 113 (11,3) | 133 (13,3) | ||||
| Кварцевым песком или дробью одной поверхности с консервацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порошком, стальными щетками без консервации другой поверхности | По моменту закручивания М | 80 (8,0) | 97 (9,7) | 90 (9,0) | 109 (10,9) | 100 (10,0) | 121 (12,1) | |||
| По углу поворота альфа | 90 (9,0) | 106 (10,6) | 102 (10,2) | 120 (12,0) | 113 (11,3) | 133 (13,3) | ||||
| Газопламенный двух поверхностей без консервации | По моменту закручивания М | 67 (6,7) | 82 (8,2) | 76 (7,6) | 92 (9,2) | 84 (8,4) | 102 (10,2) | |||
| По углу поворота альфа | 76 (7,6) | 90 (9,0) | 86 (8,6) | 101 (10,1) | 95 (9,5) | 112 (11,2) | ||||
| Стальными щетками двух поверхностей без консервации | По моменту закручивания М | 56 (5,6) | 65 (6,5) | 63 (6,3) | 73 (7,3) | 70 (7,0) | 81 (8,1) | |||
| По углу поворота альфа | 61 (6,1) | 72 (7,2) | 68 (6,8) | 81 (8,1) | 76 (7,6) | 90 (9,0) | ||||
| Без обработки | По моменту закручивания М | 32 (3,2) | 42 (4,2) | 36 (3,6) | 47 (4,7) | 40 (4,0) | 52 (5,2) | |||
| По углу поворота альфа | 36 (3,6) | 45 (4,5) | 41 (4,1) | 50 (5,0) | 45 (4,5) | 56 (5,6) | ||||
Обозначения, принятые в табл. 47:
- усилие на один болтоконтакт при действии динамических нагрузок и =3-6 мм, статических нагрузок и =5-6 мм;
- усилие на один болтоконтакт при действии динамических нагрузок и =1 мм, статических нагрузок и =1-4 мм;
- разность номинальных диаметров отверстий и болтов.
Фрикционно-срезные соединения на высокопрочных болтах
11.6. Проверку прочности по условию предупреждения среза болтов для фрикционно-срезных соединений на высокопрочных болтах выполняют, как и для соединений на болтах без контролируемого натяжения, по формуле (127) СНиП II-23-81*. При попадании резьбы в плоскость среза в расчете следует учитывать площадь сечения болта "нетто".
Проверку прочности по условию предупреждения чрезмерных перемещений сдвига и деформаций смятия в соединении выполняют исходя из условия
. (64)
Первый член этого условия отвечает трению, второй - смятию.
Расчет основан на использовании деформационных критериев предельного состояния. Способ обработки (очистки) контактных поверхностей принимается, как правило, стальными щетками без консервации, когда коэффициент трения =0,35.
В формуле (64):
Т - сдвигающее усилие от учитываемых расчетных нагрузок, приходящееся на один болт, воспринимаемое трением и одновременно смятием соединяемых элементов. Между элементами стыка или узла усилия распределяют в предположении упругой работы стали, но с учетом податливости соединений в предельном состоянии;
- расчетное сдвигающее усилие, воспринимаемое одним болтоконтактом;
- см. п. 11.4;
- коэффициент, учитывающий уменьшение начального натяжения болтов после общего сдвига в соединении и принимаемый по табл. 48;
Таблица 48
Расчетное сопротивление стали соединяемых элементов, R_y, МПа (кгс/мм2) | Значения m_p при нагрузке | |
динамической | статической | |
До 260 (27) Св. 260 (27) | 0,90 0,85 | 0,90 0,80 |
- коэффициент использования нормативного усилия смятия при условии ограничения деформации смятия. Для соединений с предварительной выборкой зазоров , без предварительной выборки принимается по табл. 49;
- коэффициент условий работы, учитывающий изменение разности номинальных диаметров отверстий и болтов, неравномерность распределения усилий между болтами и принимаемый по табл. 49;
Таблица 49
Коэффициент | Нагрузка | Разность номинальных диаметров дельта, мм | Число болтов в соединении | ||
1-4 | 5-9 | 10 и более | |||
| альфа | Динамическая | 1 3 | 1,00 0,45 | 1,00 0,55 | 1,00 0,60 |
Статическая | 1 3 | 1,00 0,60 | 1,00 0,65 | 1,00 0,70 | |
| гамма_p | Любая | 1 3 | 0,85 0,75 | 0,95 0,90 | 1,00 1,00 |