2015-04-12
5916
Пример 10.13. Рассчитать монтажный стык на высокопрочных болтах в середине разрезной сварной балки (рис. 10.41), изготовленной из стали класса С255, имеющего расчетное сопротивление материала Ry = 240 МПа = = 24 кН/см2. Балка двутавровая составлена из трех прокатных листов следующего сечения: стенка – 1500×12 мм с площадью Аw = 180 см2; два пояса – 450×25 мм с площадью Аf = 112,5 см2 каждый. Максимальный изгибающий момент в середине балки M max= 4651,14 кН·м, поперечная сила отсутствует (Q = 0). Момент сопротивления балки Ix = 1645664 см4; момент инерции стенки Iw = 337500 см4.
Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов – по моменту закручивания M. Способ обработки поверхностей – газопламенный.
Рис. 10.41. Монтажный стык сварной балки на высокопрочных болтах
Монтажные стыки на высокопрочных болтах выполняются с накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке). Площади сечения накладок должны быть не меньше площадей сечения перекрываемых ими элементов.
Рекомендуемые к применению в конструкциях средней мощности высокопрочные болты с диаметрами 16; 20; 24 и 30 мм.
|
|
|
Принимаем болты db = 24 мм. Диаметр отверстия d под болт делается на 2…3 мм больше db. Назначаем отверстие d = 26 мм.
Размещение болтов производится согласно требованиям (см. табл. 10.23).
Минимальное расстояние между центрами болтов (шаг болтов) в расчетных соединениях определяется условиями прочности основного металла и принимается в любом направлении равным a min = 2,5 d = 2,5 · 26 = 65 мм.
Принимаем а = 70 мм.
Максимальное расстояние между болтами определяется устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами (в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков a max ≤ 12 t min = 12 · 10 = 120 мм, где t min– толщина наиболее тонкого наружного элемента) и обеспечением плотности соединения: 
Минимальное расстояние от центра болта до края элемента для высокопрочных болтов в любом направлении усилия
с min ≥ 1,3 d = 1,3 · 26 = 33,8 мм.
Принимаем с = 50 мм. Ширина верхней накладки пояса принимается равной ширине пояса балки bnf = bf = 450 мм.
Ширина каждой нижней накладки пояса определяется:
b′nf = [ bf – (tw + 2 kf + 2Δ)] / 2 = [450 – (12 + 2 ∙ 7 + 2 ∙ 10)] / 2 = 202 мм,
где Δ = 10…15 мм – конструктивный зазор.
Толщина каждой накладки пояса
tnf=tf / 2 + 2 = 25 / 2 + 2 = 14,5 мм.
Принимаем верхнюю накладку из листа 450´14 мм с площадью сечения Аnf = 63 см2 и две нижних накладки из листа 200´14 мм с площадью сечения А′ nf = 28 см2.
Суммарная площадь накладок
Аn = Аnf + 2 А′ nf = 63 + 2 ∙ 28 = 119 см2 > Аf = 112,5 см2.
Горизонтальные болты располагаем в 4 ряда на одной полунакладке.
Определяем длину (высоту) двух вертикальных накладок:
lnw = hw – 2(tnf + Δ) = 1500 – (14 + 10) = 1450 мм.
|
|
|
Ширина вертикальных накладок
bnw = 2 а + δ + 4 c = 2 · 70 + 10 + 4 · 50 = 350 мм,
где δ = 10 мм – зазор между элементами.
Толщину одной вертикальной накладки tnw принимаем равной толщине стенки tw за вычетом 2 мм (tnw = 10 мм).
Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов (с учетом расстояния до края элемента с = 50 мм)
а 1= 1450 – 2 ∙ 50 = 1350 мм.
Стык осуществляем высокопрочными болтами db = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление:
Rbun = 1100 МПа = 110 кН/см2 (см. табл. 10.28).
Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле
где 
– расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;
Abn = 3,52 см2 – площадь сечения нетто болта db = 24 мм (см. табл. 10.26);
– коэффициент трения при газопламенном способе обработке поверхностей (см. табл. 10.29).
– коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов 
с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей;
gb – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов в соединении.
Определяем:
Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом 
(здесь r – радиус кривизны) кривизне ее составляющих – стенки Mw / (EIw) и поясов Mf / (EIf), находим изгибающие моменты в стенке Mw и поясах Mf, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EIw и ЕIf.
Момент инерции стенки Iw = 337500 см4.
Момент инерции поясов
Изгибающий момент в стенке
Изгибающий момент в поясах
Расчет стыка пояса. Расчетное усилие в поясе определяется по формуле
Количество болтов n на каждую сторону от центра стыка балки для прикрепления накладок пояса определяем по формуле
где ks = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов.
Принимаем 12 болтов и размещаем их согласно рис. 10.41.
Длина горизонтальных накладок назначается конструктивно из условия размещения болтов:
lnf = 2 (n 1 a + 2 c) + δ = 2 (2 70 +2 ∙ 50) + 10 = 490 мм,
где n 1 = (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 Qbhks.
Условие прочности соединения
N max = Mw a max / (m Σ ai 2) ≤ Qbh ks γс,
где аi –соответствующее расстояние между парами сил в болтах;
a max = a 1 – максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов;
m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке.
Для определения числа рядов болтов по вертикали k и назначения их шага а вычисляем коэффициент стыка:
a = Mw /(ma max Qbhks) = 95543 / (2 × 135 × 101,64 × 2) = 1,74.
Принимаем по табл. 10.30 число горизонтальных рядов болтов k = 8.
Определяем шаг болтов по вертикали:
a = a max/(k – 1) = 135 / (8 – 1) = 19,29 см.
Таблица 10.30
